Wissenschaftler am CERN haben nach mehr als vierzig Jahren Suche Beweise für einen äußerst seltenen Teilchenzerfall erbracht.
Forscher des LHCb-Experiments detektierten Spuren eines Prozesses, der statistisch nur einmal bei rund 10 Milliarden Beauty-Teilchen-Zerfällen auftritt. Die Ergebnisse wurden während eines Seminars am CERN vorgestellt.
Im Zentrum der Untersuchung steht das Teilchen Bd, welches ein Beauty-Quark und ein Down-Antiquark enthält. Daten aus den Jahren 2024 und 2025 zeigten Evidenz für den Zerfall dieses Teilchens in ein Myon-Paar mit einer Signifikanz von 3,0 Standardabweichungen.
In der Teilchenphysik bewerten Wissenschaftler mithilfe dieses statistischen Maßes, wie wahrscheinlich ein scheinbares Signal das Resultat zufälliger Schwankungen anstelle eines tatsächlichen physikalischen Prozesses ist. Ein Resultat muss drei Standardabweichungen erreichen, um als Evidenz für ein neues Phänomen zu gelten; bei diesem Niveau liegt die Wahrscheinlichkeit für rein zufällige Ausschläge bei rund 0,3 Prozent.
„Physiker sind diesem Zerfall seit mehr als vierzig Jahren auf der Spur“,”
Marco Santimaria, Co-Leiter des internationalen Analyseteams
Kombiniert mit älteren Messungen aus den Jahren 2011 bis 2018 stieg der Wert laut der Analysten auf 3,2 Standardabweichungen, womit die allgemein anerkannte Schwelle für Evidenz überschritten wurde.
Ermöglicht wurde der Erfolg durch umfangreiche Verbesserungen an der Beschleunigeranlage und eine deutliche Weiterentwicklung des Detektors, die es den Forschern half, die enorme Schwierigkeit bei der Entdeckung eines derartig seltenen Ereignisses zu bewältigen.
„Es ist äußerste Präzision erforderlich, um die Myonen aus dem überwältigenden Untergrund herauszufischen“,”
Marco Santimaria, Co-Leiter des internationalen Analyseteams
Zusätzlich nutzte das Team maschinelles Lernen, um die seltenen Signale vom Rauschen zu trennen. Nachfolgende Analysen mit Daten bis einschließlich 2018 konnten jene früheren Anzeichen jedoch zunächst nicht bestätigen.
Die Messungen stimmen mit den Voraussagen des Standardmodells überein. Physiker hoffen, durch noch präzisere Analysen verborgene Teilchen zu entdecken, die selbst für den Large Hadron Collider zu massiv sind.
„Es ist unglaublich aufregend, Beweise für diesen seltenen Zerfall zu sehen, was neue Möglichkeiten eröffnet, jenseits der direkten Reichweite des LHC nachzuforschen“,”
Harry Cliff, Leiter für seltene Zerfälle beim LHCb-Experiment und stellvertretender Analyseleiter
Für das Jahr 2030 ist die Inbetriebnahme des High Luminosity LHC geplant, während ein weiteres Upgrade des LHCb-Experiments für die Mitte des kommenden Jahrzehnts vorgesehen ist.
„Das künftige LHCb-Upgrade wird es uns ermöglichen, viele weitere dieser Zerfälle zu beobachten, was eine noch größere Empfindlichkeit für unentdeckte Teilchen bietet“,”
Harry Cliff, Leiter für seltene Zerfälle beim LHCb-Experiment und stellvertretender Analyseleiter
Auch interessant
