Langvarig spænding i standardmodellen adresseret

Den mest kendte partikel i leptonfamilien er elektronen, en vigtig byggesten i materien og central for vores forståelse af elektricitet. Men elektronen er ikke enebarn. Det har to tungere søskende, muon og tau lepton, og sammen er de kendt som de tre leptonsmage. I henhold til standardmodellen for partikelfysik, den eneste forskel mellem søskende bør være deres masse:muonen er omkring 200 gange tungere end elektronen, og tau-lepton er omkring 17 gange tungere end muonen. Det er et bemærkelsesværdigt træk ved standardmodellen, at hver smag er lige så tilbøjelig til at interagere med en W boson, som skyldes den såkaldte leptonsmag universalitet. Leptonsmagens universalitet er blevet undersøgt i forskellige processer og energiregimer til høj præcision.

I en ny undersøgelse, beskrevet i et papir, der blev offentliggjort i dag på arXiv og først blev præsenteret på LHCP 2020 -konferencen, ATLAS-samarbejdet præsenterer en præcis måling af leptonsmagens universalitet ved hjælp af en helt ny teknik.

ATLAS -fysikere undersøgte kollisionshændelser, hvor par af topkvarker henfalder til par W bosoner, og efterfølgende i leptoner. "LHC er en top-kvarkfabrik, og producerede 100 millioner top-kvark-par under løb 2, "siger Klaus Moenig, ATLAS fysikkoordinator. "Dette gav os en stor upartisk prøve af W bosoner, der forfalder til muoner og tau leptoner, hvilket var afgørende for denne højpræcisionsmåling. "

De målte derefter den relative sandsynlighed for, at leptonen som følge af et W-boson-henfald er en muon eller en tau-lepton-et forhold kendt som R (τ/μ). Ifølge standardmodellen, R (τ/μ) skal være enhed, da styrken af ​​interaktionen med en W boson bør være den samme for en tau-lepton og en muon. Men der har været spænding om dette lige siden 1990'erne, da forsøg med Large Electron-Positron (LEP) -kollideren målte R (τ/μ) til at være 1,070 ± 0,026, afviger fra standardmodelforventningen med 2,7 standardafvigelser.

Den nye ATLAS -måling giver en værdi på R (τ/μ) =0,992 ± 0,013. Dette er den mest præcise måling af forholdet til dato, med en usikkerhed, der er halvt så stor som kombinationen af ​​LEP -resultater. ATLAS -målingen er i overensstemmelse med standardmodelens forventning og antyder, at den tidligere LEP -uoverensstemmelse kan skyldes udsving.

"LHC blev designet som en opdagelsesmaskine til Higgs boson og tung ny fysik, "siger ATLAS -talsmand Karl Jakobs." Men dette resultat viser yderligere, at ATLAS -eksperimentet også er i stand til målinger ved præcisionsgrænsen. Vores kapacitet til disse typer præcisionsmålinger vil kun blive bedre, efterhånden som vi tager flere data i kørsel 3 og senere. "

Selvom den har overlevet denne seneste test, princippet om leptonsmag universalitet vil ikke være helt ude af skoven, før anomalierne i B-meson henfald registreret af LHCb eksperimentet også er blevet endeligt undersøgt.