Forskere opdager støtte til den omstridte universelle sandhed om partikelfysik

En måling af et grundlæggende princip i standardmodellen for partikelfysik - leptonsmagsuniversalitet - fanget af ATLAS-detektoren ved Large Hadron Collider, er rapporteret i et blad offentliggjort i Naturfysik .

Resultaterne afløser det langvarige resultat fra Large Electron-Positron Collider.

Vores forståelse af elementarpartikler – universets byggesten – og det elektromagnetiske, svage og stærke fundamentale kræfter, der virker mellem dem, er formuleret i standardmodellen for partikelfysik. I teorien, elektroner, myoner og τ leptoner repræsenterer tre varianter (eller smag) af en elektrisk ladet type elementær partikel kendt som leptoner. Standardmodellen antager, at styrken af ​​koblingerne mellem leptoner og partiklerne, der medierer den svage kraft - kendt som 'W' eller 'Z' elektrosvage gauge bosoner - er uafhængig af leptonsmag. Dette langvarige princip, kendt som leptonsmagsuniversalitet, er for nylig blevet udfordret af forsøg på B-fabrikker og på LHC.

ATLAS-samarbejdet – der involverer et globalt hold af forskere, inklusive eksperter fra Lancaster – undersøgte, om denne 'universelle sandhed' gælder for myonen og τ leptonet i omkring en halv million proton-proton-kollisioner optaget med ATLAS-detektoren ved Large Hadron Collider . Ved at undersøge henfald af W-bosoner til τ-leptoner og myoner og måle forholdet mellem deres henfaldshastigheder, forfatterne var i stand til at konkludere, at den svage kraft interagerer med begge typer lepton på samme måde.

Dette resultat fra ATLAS-samarbejdet er den mest præcise måling til dato, med næsten det dobbelte af præcisionen opnået fra eksperimenter ved Large Hadron Colliders forgænger på CERN – Large Electron-Positron Collider (LEP).

Lancaster University Physics Professor Guennadi Borissov sagde:"Målingerne ved LEP indikerede, at der kan være en forskel mellem henfaldene til forskellige slags leptoner. Denne spændende antydning af afvigelse fra standardmodellen har været ubekræftet i omkring 20 år. Selvom vores seneste målinger sikkerhedskopier ikke resultatet af LEP, det har været spændende at finde en ny og bemærkelsesværdig præcis måde at teste dette på ved hjælp af kraften fra Large Hadron Collider, med Lancaster som kernen i hvert trin i analysen."

Professor Roger Jones, leder af Lancaster ATLAS-gruppen, sagde:"Tests som vores af fundamentale teoretiske antagelser er i øjeblikket et varmt forskningsområde inden for partikelfysik. Nylige resultater fra LHCb-eksperimentet, og meget præcise målinger af myoner lavet af g-2-samarbejdet (som også har Lancaster-fysikere med på holdet) har givet nye hints om, at leptoner måske ikke alle opfører sig på samme måde, som vores teorier forudsiger.

"I modsætning, nye og meget præcise målinger viser, at leptonerne på vigtige måder virkelig opfører sig på samme måde. Det bliver spændende at se, om hints fra andre eksperimenter bliver klare beviser. Hvis så, teorier bliver nødt til at redegøre for vores stærke beviser for, at leptoner opfører sig på samme måde i den proces, vi har studeret, og alligevel opfører sig anderledes i andre processer."