Einmal Materieteilchen, immer Materieteilchen. Oder nicht. Dank einer Eigenart der Quantenphysik können vier bekannte Teilchen, die aus zwei verschiedenen Quarks bestehen – wie das elektrisch neutrale D-Meson, das aus einem Charm-Quark und einem Up-Antiquark besteht – spontan in ihre Antimaterie-Partner oszillieren und umgekehrt.
Bei einem Seminar am 26. März am CERN wurde die LHCb-Zusammenarbeit am Large Hadron Collider (LHC) vorgestellt die Ergebnisse von seiner jüngsten Suche nach Materie-Antimaterie-Asymmetrie in der Schwingung des neutralen D-Mesons, die, wenn sie gefunden wird, dazu beitragen könnte, Licht auf das mysteriöse Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie im Universum zu werfen.
Die schwache Kraft des Standardmodells der Teilchenphysik führt in Teilchen, die Quarks enthalten, zu einer Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie, die als CP-Verletzung bekannt ist. Allerdings sind diese Quellen der CP-Verletzung schwer zu untersuchen und reichen nicht aus, um das Materie-Antimaterie-Ungleichgewicht im Universum zu erklären, was Physiker dazu veranlasst, sowohl nach neuen Quellen zu suchen als auch die bekannten besser als je zuvor zu untersuchen.
In ihrem neuesten Unterfangen haben die LHCb-Forscher die Ärmel hochgekrempelt, um mit beispielloser Präzision eine Reihe von Parametern zu messen, die die Materie-Antimaterie-Schwingung des neutralen D-Mesons bestimmen und die Suche nach der bisher unbeobachteten, aber vorhergesagten CP-Verletzung in der Schwingung ermöglichen.
Die Kollaboration hatte zuvor denselben Parametersatz gemessen, der mit dem Zerfall des neutralen D-Mesons in ein positiv geladenes Kaon und ein negativ geladenes Pion zusammenhängt, und zwar unter Verwendung ihres vollständigen Datensatzes aus Lauf 1 des LHC und eines Teildatensatzes von Lauf 2.
Dieses Mal analysierte das Team den gesamten Datensatz von Run-2 und erhielt durch die Kombination des Ergebnisses mit dem seiner vorherigen Analyse unter Ausschluss des Teildatensatzes von Run-2 die bislang präzisesten Messungen der Parameter – den Gesamtwert Die Messunsicherheit ist 1,6-mal kleiner als die kleinste bisher von LHCb erreichte Unsicherheit.
Die Ergebnisse stimmen mit früheren Studien überein, bestätigen die Materie-Antimaterie-Schwingung des neutralen D-Mesons und zeigen keine Hinweise auf eine CP-Verletzung in der Schwingung. Die Ergebnisse erfordern zukünftige Analysen dieses und anderer Zerfälle des neutralen D-Mesons unter Verwendung von Daten aus dem dritter Lauf des LHC und sein geplantes Upgrade, das LHC mit hoher Leuchtkraft.
Zu den weiteren interessanten Zerfällen neutraler D-Mesonen gehört der Zerfall in ein Paar aus zwei Kaonen oder zwei Pionen, an dem LHCb-Forscher beteiligt waren beobachtet CP-Verletzung in Teilchen, die Charm-Quarks enthalten, zum ersten Mal und der Zerfall in ein neutrales Kaon und ein Pionenpaar, mit dem LHCb getaktet die Geschwindigkeit der Materie-Antimaterie-Schwingung des Teilchens. Bei der Suche nach Hinweisen auf das Materie-Antimaterie-Ungleichgewicht im Universum und andere kosmische Geheimnisse sollte kein Weg unerschlossen bleiben.