Fysikere gennemgår tre eksperimenter, der antyder et fænomen ud over standardmodellen for partikelfysik

Til alle andre end fysikere det lyder som noget ud af "Star Trek." Men lepton universalitet er en rigtig ting.

Det har at gøre med standardmodellen for partikelfysik, som beskriver og forudsiger adfærd for alle kendte partikler og kræfter, undtagen tyngdekraften. Blandt dem er ladede leptoner:elektroner, muons og taus.

En grundlæggende antagelse af standardmodellen er, at interaktionen mellem disse elementarpartikler er den samme på trods af deres forskellige masser og levetid. Det er lepton universalitet. Præcisionstest, der sammenligner processer, der involverer elektroner og muoner, har ikke afsløret nogen bestemt overtrædelse af denne antagelse, men nylige undersøgelser af tau lepton med højere masse har frembragt observationer, der udfordrer teorien.

En ny gennemgang af resultater fra tre eksperimenter peger på den stærke mulighed for, at leptonuniversalitet - og måske i sidste ende selve standardmodellen - måske skal revideres. Resultaterne fra et team af internationale fysikere, herunder UC Santa Barbara postdoktor Manuel Franco Sevilla, fremgår af journalen Natur .

"Som en del af min doktorafhandling ved Stanford, som var baseret på tidligere arbejde udført på UCSB af professorerne Jeff Richman og Michael Mazur, vi så den første betydelige observation af noget ud over standardmodellen ved BaBaR -eksperimentet udført på SLAC National Accelerator Laboratory, "Sagde Franco Sevilla. Dette var vigtigt, men ikke definitivt, han tilføjede, bemærker, at lignende resultater blev set i nyere eksperimenter udført i Japan (Belle) og i Schweiz (LHCb). Ifølge Franco Sevilla, de tre forsøg, taget sammen, demonstrere et stærkere resultat, der udfordrer lepton universalitet på niveau med fire standardafvigelser, hvilket indikerer en 99,95 procent sikkerhed.

BaBaR, som står for B-Bbar (anti-B) detektor, og Belle blev udført på B -fabrikker. Disse partikelkolliderer er designet til at producere og detektere B -mesoner - ustabile partikler, der opstår, når kraftige partikelstråler kolliderer - så deres egenskaber og adfærd kan måles med høj præcision i et rent miljø. LHCb (Large Hadron Collider b) gav et miljø med højere energi, der lettere producerede B-mesoner og hundredvis af andre partikler, gør identifikation vanskeligere.

Ikke desto mindre, de tre forsøg, som målte de relative forhold mellem B meson henfald, offentliggjort bemærkelsesværdigt lignende resultater. Satserne for nogle henfald, der involverer den tunge lepton tau, i forhold til dem, der involverede de lette leptoner - elektroner eller muoner - var højere end standardmodelforudsigelserne.

"Tau lepton er nøglen, fordi elektronen og muonen er blevet godt målt, "Franco Sevilla forklarede." Taus er meget sværere, fordi de henfalder meget hurtigt. Nu hvor fysikere bedre kan studere taus, vi ser, at leptonuniversalitet måske ikke er tilfredsstillet som standardmodellen hævder. "

Mens det er spændende, resultaterne anses ikke for tilstrækkelige til at fastslå en krænkelse af leptonuniversalitet. For at vælte denne langvarige fysiske forskrift ville kræve en betydning af mindst fem standardafvigelser. Imidlertid, Franco Sevilla bemærkede, det faktum, at alle tre forsøg observerede en højere end forventet tau-henfaldshastighed, mens de opererede i forskellige miljøer, er bemærkelsesværdig.

En bekræftelse af disse resultater ville pege på nye partikler eller interaktioner og kunne have dybtgående konsekvenser for forståelsen af ​​partikelfysik. "Vi er ikke sikre på, hvad bekræftelse af disse resultater vil betyde på lang sigt, "Sagde Franco Sevilla." Først, vi skal sikre os, at de er sande, og så har vi brug for hjælpeforsøg for at bestemme betydningen. "