Seltene Zerfälle am LHC beobachtet
Der Zerfall von neutralen Bs-Mesonen zu zwei Myomen ist auf der elementaren Ebene nicht möglich. Dieser Zerfall kann immer noch durch Übergänge höherer Ordnung auftreten. Allerdings geht man davon aus, dass die Verzweigungsfraktion für den Zerfall Bs -> mu+ mu- voraussichtlich sehr klein im Vergleich zu anderen Übergängen ist. Der erste Nachweis für Bs -> mu+ mu- wurde in Daten des LHCb-Experiments (LHC beauty) gefunden. Ähnliche Ergebnisse erhielt man mit Daten des CMS-Detektors (Compact Muon Solenoid). Die einzelnen Ergebnisse hatten jeweils keine ausreichende Präzision, um die erste definitive Beobachtung des Bs-Zerfalls zu zwei Myonen darzustellen. Zwei Datensätze wurden anschließend von einem Team von Wissenschaftlern, geleitet vom Marie-Curie-Projekt PENGUIN (Search for new physics in electroweak penguin transitions at LHCb) gleichzeitig analysiert. Ziel war es, die statistische Aussagekraft der kombinierten Datensätze zu nutzten und dabei Korrelationen zwischen ihnen zu berücksichtigen. Die "Pinguin"-Referenz im Projektnamen ist darauf zurückzuführen, dass Mary K. Gaillard, Mike Chanowitz und John Ellis im Jahr 1977 in einer Arbeit über Vorhersagen der "grand unified theories" zur b-Masse von Quarks die Feynman-Diagramme als Pinguine bezeichneten. Und zwar, weil diese berühmten Diagramme, die auch im Zusammenhang mit Bs -> mu+ mu- stehen, aussehen wie Pinguine. Die Kooperationen zwischen CMS und LHCb führten eine gemeinsame Analyse von Daten aus Proton-Proton-Kollisionen durch, die 2011 und 2012 in einer Massenschwerpunktenergie von 7 und 8 Tera-Elektronenvolt gesammelt wurden. Sie erhielten Hinweise für Bs -> mu+ mu- mit einer statistischen Signifikanz von drei Standardabweichungen. Die Wissenschaftler kombinierten die beiden Datensätze, indem sie einen gemeinsamen Wert für jede Verzweigungsfraktion an die Daten aus beiden Experimenten anpassten. Die Verzweigungsfraktionen wurden aus den beobachteten Anzahlen von Bs-Mesonen bestimmt, die in zwei Muonen zerfallen, und so die Gesamtzahl der Bs-Mesonen gebildet. Die simultane Anpassung der CMS- und LHCb-Daten nutzte die größere Datenprobe, um die Präzision zu erhöhen und gleichzeitig die Korrelationen korrekt zu berücksichtigen. Auf diese Weise etablierten die Wissenschaftler abschließend die Existenz des Zerfalls Bs -> mu+ mu- und erhielten die besten Messungen der Verzweigungsfraktionen bisher. Die spannenden Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Natur veröffentlicht.
Schlüsselbegriffe
Seltene Zerfälle, LHC, Standardmodell, B-Mesonen, Myonen, LHCb, PENGUIN
