Wackelnde Symmetrie

Das Standard-Modell der Teilchen­physik beschreibt das Verhalten aller Kräfte und Teilchen im Universum. Es häufen sich jedoch Anzeichen, dass das Standard-Modell Probleme haben könnte, alle Messungen zu erklären. Ein inter­nationales Team von Teilchenphysikern der Large Hadron Collider beauty-Kollaboration, kurz LHCb, präsentierte diese Woche im Rahmen der Fachkonferenz Moriond EW und in einem Seminar am Forschungs­zentrum CERN in Genf erstmals zwei zentrale Messungen. Die Daten wurden am LHCb-Detektor am CERN gesammelt, die RWTH Aachen, die TU Dortmund, die Universität Zürich und die Universität Heidel­berg sind an diesen Messungen maß­geblich beteiligt.

Gemäß Standardmodell verhalten sich Myon und Tau-Teilchen genauso wie das Elektron. Dieses iden­tische Verhalten der Teilchen, die alle zur Gruppe der Leptonen gehören, wird als Lepton-Univer­salität bezeichnet. Am LHCb-Experiment untersucht man in einigen Messungen, ob das Verhalten tatsächlich identisch ist oder ob es leichte Abweichungen gibt. Dabei stehen sehr seltene Teilchen­zerfälle von B⁺-Mesonen im Mittelpunkt. Gemäß der Theorie müssten sie gleich oft in die Endzustände „K⁺e⁺e^-“ und „K⁺μ⁺μ^-“ zerfallen. Allerdings wurde fest­gestellt, dass B⁺-Mesonen etwas häufiger in den Endzustand K⁺e⁺e^- zerfallen. Das Ergebnis könnte auf eine Verletzung der Lepton-Univer­salität hindeuten. Noch liegt der Untersuchungs­wert bei einer Signi­fikanz von 3,1 Standard­abweichungen, eine eindeutige Entdeckung erfordert eine Signifikanz von 5 Standard­abweichungen.

„Die Symmetrie zwischen Elektronen und Myonen wackelt! Wenn wir die Messung mit weiteren Daten bestätigen, wäre das ein starkes Anzeichen für neue Physik­phänomene jenseits des Standard-Modells“, sagt Eluned Smith vom I. Physikalischen Institut B der RWTH Aachen. Sie koor­dinierte gemeinsam mit Martino Borsato von der Universität Heidelberg und Johannes Albrecht von der TU Dortmund die Analyse. „Dieses Ergebnis gliedert sich in eine Reihe von Messungen ein, die gemeinsam ein konsis­tentes Bild ergeben. Die Daten erfordern derzeit klar Erklärungen und Modelle, die über das Standard­modell hinausgehen, wie zum Beispiel die Existenz von Lepto­quarks“, ergänzt Albrecht.

„Es ist also noch zu früh für eine endgültige Schluss­folgerung. Allerdings stimmt die neue Abweichung mit dem Muster von Anomalien überein, die sich im letzten Jahrzehnt abge­zeichnet haben“, sagt Nicola Serra von der Universität Zürich. „Doch die LHCb-Kolla­boration verfügt über alle Voraus­setzungen, um in Beauty-Quark-Zerfällen die mögliche Existenz von Effekten einer neuen Physik zu klären. Was wir dazu brauchen, sind viele weitere Messungen“, sagt Serra.

RWTH / U. Zürich / JOL

Weitere Infos

• LHCb collaboration: R. Aaij et. al.: Test of lepton universality in beauty-quark decays, arXiv.org, 2103.11769 (2021)
• LHCb collaboration, CERN, Genf

Weitere Inhalte

• Physik Journal Dossier „Large Hadron Collider – LHC“