Auf der Suche nach neuer Physik mit "Charm"
Die an dem EU-finanzierten Projekt CHARM@LHCB (Search for new physics in charm at LHCb) arbeitenden Forscher erwarten neue Entdeckungen von einer ganz neuen Seite, dem Experiment LHC beauty (LHCb). Anders als ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) und der Compact Muon Solenoid (CMS) ist LHCb ein kleines Experiment, das den Beauty-Quarks bzw. b-Quarks gewidmet ist. Aber warum hat das LHCb-Experiment, das b-Quarks einfangen soll, guten Chancen auf die Entdeckung neuer Seiten der Physik? Man hat festgestellt, dass bestimmte, von der schwachen Wechselwirkung geleitete Prozesse Materie und Antimaterie verschieden behandeln. Das Standardmodell nimmt dieses als CP-Verletzung bekannte Phänomen durch die CKM-Mischungsmatrix (Cabibbo-Kobayashi-Maskawa) auf. Die CKM-Matrix beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Quark wird von einem Flavour zu einem anderen wechseln wenn, wenn es mit dem Botenteilchen der schwachen Kraft interagiert. Antiquarks werden von der gleichen Matrix beherrscht, wobei aber alle Einträgen durch ihre komplexen Konjugierten ersetzt sind. Da Zahlen in der CKM-Matrix von Null verschiedene Imaginärteile haben, haben Quarks und Antiquarks unterschiedliche Wechselwirkungen. Die CHARM@LHCB-Partner konzentrierten sich auf CKM-bezogene Messungen einschließlich Charm-Hadronen. Auf ihrer Suche nach der CP-Verletzung wandten sie einen innovativen Ansatz an, um den Phasenraum der Dreikörper-Charm-Mesonenzerfälle zu beschreiben. Die dabei eingesetzten Messungen wurden durch den Cleo-Detektor gesammelt, der Teilchen aufzeichnet, die am Cornell-Elektronen-Positronen-Speicherring (Cornell Electron-positron Storage Ring) erzeugt werden. Die neue Analyse basierte ausschließlich auf experimentellen Daten anstelle von numerischen Simulationen, um die Leistungsfähigkeit des Detektors während der Zerfallszeit des Mesons zu bewerten. Die Projektergebnisse legen die Existenz von noch unentdeckten schweren Teilchen nahe, welche neue Quellen der CP-Verletzung im frühen Universum hinzuzufügen. Sie stützen aktuelle Versuche der Bearbeitung der Mängel des Standardmodells. Im Einzelnen besteht das Problem darin, dass die Menge an durch Quarks geschaffener CP-Verletzung milliardenmal kleiner als nötig ist, um die beobachtete Materie-Antimaterie-Asymmetrie zu erzeugen. LHCb wird seine Höchstleistung wahrscheinlich früher als ATLAS und CMS erreichen. Das Experiment eröffnet somit eine Chance auf die Entdeckung der ersten neuen Elementarteilchen, die am LHC erzeugt werden können.
Schlüsselbegriffe
LHC, Standardmodell, Teilchenphysik, LHCb, Beauty-Quarks, Antiquarks