En gång en partikel av materia, alltid en partikel av materia. Eller inte. Tack vare kvantfysikens egenhet kan fyra kända partiklar som består av två olika kvarkar – som den elektriskt neutrala D-mesonen som består av en charmkvark och en upp-antikvark – spontant svänga in i sina antimateriapartners och vice versa.
Vid ett seminarium som hölls den 26 mars på CERN presenterade LHCb-samarbetet vid Large Hadron Collider (LHC) resultaten av sin senaste sökning efter materia-antimateria-asymmetri i oscillationen av den neutrala D-mesonen, som, om den hittas, kan bidra till att kasta ljus om den mystiska obalansen mellan materia och antimateria i universum.
Den svaga kraften hos standardmodellen för partikelfysik inducerar en asymmetri mellan materia och antimateria, känd som CP-överträdelse, i partiklar som innehåller kvarkar. Dessa källor till CP-kränkningar är dock svåra att studera och är otillräckliga för att förklara obalansen mellan materia och antimateria i universum, vilket leder till att fysiker både söker efter nya källor och studerar de kända bättre än någonsin tidigare.
I sin senaste strävan har LHCb-forskarna kavlat upp ärmarna för att med oöverträffad precision mäta en uppsättning parametrar som bestämmer materia-antimateria-svängningen för den neutrala D-mesonen och möjliggör sökandet efter det hittills oobserverade men förutspådda CP-brottet i svängningen.
Samarbetet hade tidigare mätt samma uppsättning parametrar, som är kopplade till sönderfallet av den neutrala D-mesonen till en positivt laddad kaon och en negativt laddad pion, med hjälp av dess fullständiga datamängd från Run 1 av LHC och en partiell datauppsättning från Kör 2.
Den här gången analyserade teamet hela Run-2-datauppsättningen och, genom att kombinera resultatet med resultatet från sin tidigare analys, exklusive den partiella Run-2-datauppsättningen, fick de de mest exakta mätningarna av parametrarna hittills – den övergripande mätosäkerheten är 1,6 gånger mindre än den minsta osäkerhet som LHCb tidigare uppnått.
Resultaten överensstämmer med tidigare studier, bekräftar materia-antimateria-oscillationen av den neutrala D-mesonen och visar inga tecken på CP-överträdelse i svängningen. Resultaten kräver framtida analyser av denna och andra sönderfall av den neutrala D-mesonen med hjälp av data från den tredje körningen av LHC och dess planerade uppgradering, High-Luminosity LHC.
Andra neutrala D-mesonsönderfall av intresse inkluderar sönderfallet till ett par av två kaoner eller två pioner, där LHCb-forskare observerade CP-brott i partiklar som innehåller charmkvarkar för första gången, och sönderfallet till en neutral kaon och ett par pioner, med vilken LHCb klockade hastigheten för partikelns materia–antimateriaoscillation. Ingen väg bör lämnas outforskad i sökandet efter ledtrådar till materia-antimateriaobalansen i universum och andra kosmiska mysterier.
Tillhandahålls av CERN
