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LARGE HADRON COLLIDER
Seltener Zerfall bestätigt Standardmodell
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Technischen Universität Dortmund
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14. Februar 2022

Am Large Hadron Collider in Genf wurde in den vergangenen Jahren auch der äußerst seltene Zerfall eines Bs-Teilchens in zwei Myonen untersucht. Bei den nun vorgestellten Ergebnissen handelt es sich um die bislang präzisesten Messungen der Zerfallsrate mit einem Einzelexperiment. Die Daten festigen das Standardmodell der Teilchenphysik.

LHC

Blick in den Tunnel des Large Hadron Collider in Genf. Foto: CERN [Großansicht]

Am Large Hadron Collider (LHC) am Forschungszentrum CERN in Genf werden in einer ringförmigen, rund 27 Kilometer langen Röhre unter der Erde Pakete von Protonen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht. Dabei entstehen Milliarden von Elementarteilchen. Gigantische Detektoren zeichnen deren Spuren, ihre Energie und ihren Zerfall auf.

Die Daten werden auch von den Dortmunder Physikerinnen und Physikern analysiert. Ziel ist es, mögliche Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysik zu finden. Die nun veröffentlichte Messung basiert auf insgesamt sechs Jahren der Datenaufzeichnung am LHC zwischen 2011 und 2018. Sie beinhaltet damit die bisherigen Ergebnisse und fasst sie zusammen, bevor in diesem Jahr der LHC nach einem mehrjährigen technischen Stopp wieder gestartet wird und eine neue Periode der Datenaufzeichnung beginnt.

Die Studie befasste sich mit dem Zerfall eines Bs-Teilchens, das aus einem Quark und einem Antiquark besteht, in zwei Myonen, also schwere Varianten des Elektrons. Gemäß dem Standardmodell dürften von einer Milliarde Bs-Teilchen nur etwa drei auf diese Weise zerfallen. Aus diesem Grund bedarf es sehr großer Datenmengen, um den Zerfall genau zu vermessen. Die LHCb-Kollaboration berichtet von der bis dato präzisesten Messung der Zerfallsrate durch ein einzelnes Experiment.

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Die Forscherinnen und Forscher bestimmten die relative Häufigkeit des Bs-Zerfalls und berechneten außerdem die obere Ausschlussgrenze für die Rate des Zerfalls anderer ähnlicher Teilchen – nämlich des B0-Mesons, das gemäß dem Standardmodell um den Faktor 30 kleiner ist, sowie einer verwandten Variante des Bs-Zerfalls, bei dem zusätzlich ein Photon abgestrahlt wird.

"Es zeigte sich, dass innerhalb der erreichten Präzision alle Messungen mit dem Standardmodell kompatibel sind“, fasst Prof. Johannes Albrecht von der Fakultät Physik der Technischen Universität Dortmund zusammen, der mit seinen Doktoranden Titus Mombächer und Maik Becker an der Studie beteiligt war. "Damit werden die Möglichkeiten für Erweiterungen des Standardmodells stark eingeschränkt."

Innerhalb der LHCb-Kollaboration wurde die Messung in einem großen Team mit Forschenden aus Deutschland, England, Italien, den Niederlanden und der Schweiz durchgeführt. Die Dortmunder Arbeitsgruppe von Prof. Johannes Albrecht hat in den vergangenen neun Jahren wesentliche Beiträge zur aktuellen und zu vorherigen Messungen dieser Zerfälle geleistet.

Die aktuellen Ergebnisse sind in zwei Artikeln in den Fachzeitschriften Physical Review Letters und Physical Review D erschienen.

Forum
Seltene Zerfälle bestätigen Standardmodell. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
CERN: Ein seltener Zerfall und die Supersymmetrie - 13. November 2012
Links im WWW
Aaij, R. et al. (LHCb Collaboration) (2022): Analysis of Neutral B-Meson Decays into Two Muons, Phys. Rev. Lett., 128, 041801
Aaij, R. et al. (LHCb Collaboration)(2022): Measurement of the B0s → μ+μ- decay properties and search for the B0→ μ+μ- und B0s → μ+μ-γ decays, Phys. Rev. D, 105, 012010
Technische Universität Dortmund
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