Symmetrier får världen att gå runt, men det gör asymmetrier också. Ett exempel på detta är en asymmetri som kallas charge-parity (CP) asymmetri, som krävs för att förklara varför materia är betydligt fler än antimateria i dagens universum även om båda formerna av materia borde ha skapats i lika stora mängder i Big Bang .

Standardmodellen för partikelfysik – den teori som bäst beskriver materiens byggstenar och deras interaktioner – inkluderar källor till CP-asymmetri, och några av dessa källor har bekräftats i experiment. Men dessa standardmodellkällor genererar tillsammans en mängd CP-asymmetri som är alldeles för liten för att ta hänsyn till obalansen mellan materia och antimateria i universum, vilket får fysiker att leta efter nya källor till CP-asymmetri.

I två nyligen oberoende undersökningar vände sig de internationella ATLAS- och CMS-samarbetena vid Large Hadron Collider (LHC) till Higgs-bosonen som de upptäckte för tio år sedan för att se om denna unika partikel döljer en ny, okänd källa till CP-asymmetri.

ATLAS- och CMS-teamen hade tidigare sökt efter – och inte hittat några tecken på – CP-asymmetri i interaktionen mellan Higgs-bosonen och andra bosoner såväl som med den tyngsta kända fundamentala partikeln, toppkvarken. I sina senaste studier sökte ATLAS och CMS efter denna asymmetri i interaktionen mellan Higgs-bosonen och tauleptonen, en tyngre version av elektronen.

För att söka efter denna asymmetri letade ATLAS och CMS först efter Higgs-bosoner som omvandlas, eller "förfaller", till par av tau-leptoner i proton-protonkollisionsdata som registrerats av experimenten under den andra körningen av LHC (2015–2018). De analyserade sedan detta förfalls rörelse, eller "kinematik", som beror på en vinkel, kallad blandningsvinkeln, som kvantifierar mängden CP-asymmetri i interaktionen mellan Higgs-bosonen och tau-leptonen.

I standardmodellen är blandningsvinkeln noll och därmed är interaktionen CP-symmetrisk, vilket betyder att den förblir densamma under en transformation som byter ut en partikel med spegelbilden av dess antipartikel. I teorier som utökar standardmodellen kan dock vinkeln avvika från noll och interaktionen kan vara delvis eller helt CP-asymmetrisk beroende på vinkeln; en vinkel på -90 eller +90 grader motsvarar en helt CP-asymmetrisk interaktion, medan vilken vinkel som helst däremellan, förutom 0 grader, motsvarar en delvis CP-asymmetrisk interaktion.

Efter att ha analyserat sina prover av Higgs-bosonsönderfall till tau-leptoner, erhöll ATLAS-teamet en blandningsvinkel på 9 ± 16 grader och CMS-teamet −1 ± 19 grader, som båda utesluter en helt CP-asymmetrisk Higgs boson-tau lepton-interaktion med en statistisk signifikans på cirka tre standardavvikelser.

Resultaten överensstämmer med standardmodellen inom nuvarande mätprecision. Mer data kommer att göra det möjligt för forskare att antingen bekräfta denna slutsats eller upptäcka CP-asymmetri i interaktionen mellan Higgs boson och tau lepton, vilket skulle ha en djupgående inverkan på vår förståelse av universums historia.

Med den tredje omgången av LHC som snart kommer att starta, behöver ATLAS- och CMS-samarbetena inte vänta för länge innan de kan mata in mer data i sina analyskit för att ta reda på om Higgs-bosonen döljer en ny källa till CP. asymmetri. + Utforska vidare

Tittar in på Higgs bosons interaktion med charmkvarken