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Erfolgsaussichten für seltene Zerfälle am LHC

Im Zuge von Forschung im Bereich der neuen Physik sind in Kosmetikfabriken und am Teilchenbeschleuniger Tevatron einige der vielversprechendsten seltenen Zerfälle von Bottom-Quarks untersucht worden. Die massive Menge an Daten, die mit dem Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) gesammelt worden ist, hat seit Neuerem dazu geführt, das untersuchte Energiespektrum zu erweitern.
Erfolgsaussichten für seltene Zerfälle am LHC
Die große Anzahl von Bottom-Quark-Antiquark-Paaren, die im Zuge von LHC-Experimenten aufgezeichnet worden ist, ebnete EU-finanzierten Wissenschaftlern den Weg zur Ergründung von Modellen im Bereich der neuen Physik anhand von flavorverändernden neutralen Strömen (Flavour-Changing Neutral Currents, FCNCs). FCNC erzeugende Prozesse – wie bspw. Teilchen-Antiteilchen-Mischungen und seltene Mesonenzerfälle – haben in der Vergangenheit für die Konstruktion des Standardmodells eine wichtige Rolle gespielt.

Im Standardmodell sind FCNCs durch den Glashow-Iliopoulos-Maiani-Mechanismus bestimmt, der ihre natürliche Unterdrückung gemäß experimenteller Beobachtungen bestätigt. Das Projekt NP IN FCNCS AT LHCB (Exploring new phenomena through flavour changing neutral currents with LHCb) war auf die Sensitivität dieser Ströme gegenüber Physik fokussiert, die über dieses Modell hinausgeht.

NP IN FCNCS AT LHCB war konkret auf semileptonische Übergänge eines Bottom-Quark in ein Strange-Quark und zwei Myonen konzentriert, die mit LHC-Experimenten jeweils eine gute Zugänglichkeit zeigten. Die Wissenschaftler bestimmten unter Verwendung experimenteller Daten, die im Rahmen von Proton-Proton-Kollisionen während des ersten LHC-Durchgangs aufgezeichnet worden waren, eine neue Reihe angulärer beobachtbarer Größen bei seltenen Zerfällen neutraler B-Mesonen.

Die Resultate riefen unter der Physik-Community einige Aufmerksamkeit hervor, da eine anguläre beobachtbare Größe von der Prognose des Standardmodells abwich. Die Berechnung dieser Abweichung entsprach global 3,4 Standardabweichungen. Bedeutsamer Weise ermöglichte die gleichzeitige Bestimmung dieser beobachtbaren Größen Korrelationen zwischen den gemessenen zu errechnenden Quantitäten.

Wissenschaftler wendeten die Erkenntnisse bezüglich globaler Übereinstimmungen auf theoretische Modelle an. Dies war von entscheidender Bedeutung, um in Erfahrung zu bringen, ob das Standardmodell für die Erklärung von Diskrepanzen ausreichend ist. Ferner wurden notwendige Erweiterungen für die Theorie ausgelotet, die bis dato erfolgreich als Erklärung für nahezu alle experimentellen Ergebnisse dient und es wurde eine große Vielzahl physikalischer Phänomene exakt vorhergesagt.

Vor dem Ende von NP IN FCNCS AT LHCB wurde die anguläre Analyse des äußerst seltenen Zerfalls des Strange-B-Mesons – ein Verbundteilchen, welches aus einem Bottom-Antiquark und einem Strange-Quark besteht – in zwei Myonen durchgeführt. Die neuen Entdeckungen bezüglich dieser seltenen Zerfälle, die Hinweise für die neue Physik liefern, sind in renommierten Peer-Review-Fachzeitschriften veröffentlicht worden.

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Schlüsselwörter

Seltene Zerfälle, neue Physik, flavorverändernde neutrale Ströme, Standardmodell, NP IN FCNCS AT LHCB
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