Søger efter ny asymmetri mellem stof og antistof

En gang en partikel af stof, altid en partikel af stof. Eller ikke. Takket være et særpræg inden for kvantefysik kan fire kendte partikler, der består af to forskellige kvarker – såsom den elektrisk neutrale D-meson, der består af en charme-kvark og en op-antikvark – spontant oscillere ind i deres antistofpartnere og omvendt.

På et seminar afholdt den 26. marts på CERN præsenterede LHCb-samarbejdet ved Large Hadron Collider (LHC) resultaterne af sin seneste søgning efter stof-antistof-asymmetri i oscillationen af ​​den neutrale D-meson, som, hvis den findes, kunne hjælpe med at kaste lys om den mystiske stof-antistof ubalance i universet.

Den svage kraft af standardmodellen for partikelfysik inducerer en asymmetri mellem stof og antistof, kendt som CP-overtrædelse, i partikler, der indeholder kvarker. Disse kilder til CP-krænkelse er imidlertid vanskelige at studere og er utilstrækkelige til at forklare ubalancen mellem stof og antistof i universet, hvilket får fysikere til både at søge efter nye kilder og til at studere de kendte bedre end nogensinde før.

I deres seneste bestræbelser har LHCb-forskerne smøget ærmerne op for at måle med hidtil uset præcision et sæt parametre, der bestemmer stof-antistof-oscillationen af ​​den neutrale D-meson og muliggør søgningen efter den hidtil uobserverede, men forudsagte CP-overtrædelse i oscillationen.

Samarbejdet havde tidligere målt det samme sæt parametre, som er knyttet til henfaldet af den neutrale D-meson til en positivt ladet kaon og en negativt ladet pion, ved hjælp af dets fulde datasæt fra Run 1 af LHC og et delvist datasæt fra Kør 2.

Denne gang analyserede holdet det fulde Run-2-datasæt, og ved at kombinere resultatet med dets tidligere analyse, eksklusive det delvise Run-2-datasæt, opnåede det de mest præcise målinger af parametrene til dato - den samlede måleusikkerhed er 1,6 gange mindre end den mindste usikkerhed, LHCb tidligere har opnået.

Resultaterne er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser, der bekræfter sag-antistof-oscillationen af ​​den neutrale D-meson og viser ingen tegn på CP-brud i oscillationen. Resultaterne kræver fremtidige analyser af dette og andre henfald af den neutrale D-meson ved hjælp af data fra den tredje kørsel af LHC og dens planlagte opgradering, High-Luminosity LHC.

Andre neutrale D meson-henfald af interesse inkluderer henfaldet til et par af to kaoner eller to pioner, hvor LHCb-forskere observerede CP-overtrædelse i partikler indeholdende charme-kvarker for første gang, og henfaldet til en neutral kaon og et par pioner, hvormed LHCb målte hastigheden af ​​partiklens stof-antistof-oscillation. Ingen vej bør efterlades uudforsket i søgen efter spor til stoffet-antistof-ubalance i universet og andre kosmiske mysterier.

Leveret af CERN