Recente bevindingen van onderzoek bij de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN in Genève suggereren dat we misschien dicht bij tekenen van onontdekte fysica zitten. Als ze worden bevestigd, zouden deze hints het Standaardmodel omverwerpen - de theorie die de deeltjesfysica al 50 jaar domineert. De bevindingen suggereren dat de manier waarop specifieke subatomaire deeltjes zich gedragen in de LHC niet overeenkomt met het Standaardmodel.
Fundamentele deeltjes zijn de meest basale bouwstenen van materie - subatomaire deeltjes die niet in kleinere eenheden kunnen worden verdeeld. De vier fundamentele krachten - zwaartekracht, elektromagnetisme, de zwakke kracht en de sterke kracht - bepalen hoe deze deeltjes met elkaar interageren. De LHC is een reusachtige deeltjesversneller gebouwd in een 27 km lange cirkelvormige tunnel onder de Frans-Zwitserse grens. Het belangrijkste doel is om barsten te vinden in het Standaardmodel, dat ons beste begrip is van fundamentele deeltjes en krachten, maar geen verklaring biedt voor zwaartekracht of donkere materie - de onzichtbare, niet-gemeten vorm van materie die ongeveer 25% van het universum uitmaakt.
In de LHC worden bundels protonen die in tegengestelde richtingen reizen met elkaar in botsing gebracht, in een poging hints van onontdekte fysica bloot te leggen. De nieuwe resultaten komen van LHCb, een experiment bij de Large Hadron Collider waar deze botsingen worden geanalyseerd. Het resultaat komt van het bestuderen van het verval - een soort transformatie - van subatomaire deeltjes genaamd B-mesonen. We onderzochten hoe deze B-mesonen vervallen tot andere deeltjes, en ontdekten dat de specifieke manier waarop dit gebeurt niet overeenkomt met de voorspellingen van het Standaardmodel.
Het Standaardmodel is gebouwd op twee van de meest transformerende vooruitgangen in de natuurkunde van de 20e eeuw: kwantummechanica en Einsteins speciale relativiteitstheorie. Natuurkundigen kunnen metingen die zijn gedaan bij faciliteiten zoals de LHC vergelijken met voorspellingen op basis van het Standaardmodel om de theorie rigoureus te testen. Ondanks het feit dat we weten dat het Standaardmodel onvolledig is, hebben deeltjesfysici in meer dan 50 jaar van steeds strengere tests nog geen barst in de theorie gevonden - dat wil zeggen, mogelijk tot nu toe.
Onze meting, geaccepteerd voor publicatie in Physical Review Letters, toont een spanning van vier standaarddeviaties ten opzichte van de verwachtingen van het Standaardmodel. In praktische termen betekent dit dat, na het in aanmerking nemen van de onzekerheden van de experimentele resultaten en de theoretische voorspellingen, er slechts een kans van één op 16.000 is dat een willekeurige fluctuatie in de gegevens zo extreem zou zijn als het Standaardmodel correct is. Hoewel dit tekortschiet van de gouden standaard van de wetenschap - wat bekend staat als vijf sigma, of vijf standaarddeviaties (ongeveer één op 1,7 miljoen kans) - begint het bewijs zich op te stapelen.
Wat dit meeslepende verhaal nog sterker maakt, zijn resultaten van een onafhankelijk LHC-experiment, CMS, die eerder in 2025 werden gepubliceerd. Hoewel de CMS-resultaten niet zo nauwkeurig zijn als die van LHCb, komen ze goed overeen, wat de zaak versterkt. Onze nieuwe resultaten zijn gevonden in een studie van een specifiek soort proces, bekend als een elektrozwak pinguïnverval. De term "pinguïn" verwijst naar een specifiek type verval (transformatie) van kortlevende deeltjes. In dit geval bestuderen we hoe het B-meson vervalt in vier andere subatomaire deeltjes - een kaon, een pion en twee muonen. Met enige verbeelding kun je de rangschikking van de betrokken deeltjes visualiseren als een pinguïn. Cruciaal is dat metingen van dit verval ons in staat stellen te bestuderen hoe één type fundamenteel deeltje, een beauty-quark, kan transformeren in een ander, de strange-quark.
Dit pinguïnverval is ongelooflijk zeldzaam in het Standaardmodel: voor elke miljoen B-mesonen zal er slechts één op deze manier vervallen. We hebben zorgvuldig de hoeken en energieën geanalyseerd waaronder deze deeltjes worden geproduceerd in het verval, en precies bepaald hoe vaak het proces plaatsvindt. We ontdekten dat onze metingen van deze grootheden niet overeenkomen met de voorspellingen van het Standaardmodel.
Nauwkeurige onderzoeken van dit soort vervallen zijn een van de primaire doelen van het LHCb-experiment, en dat al sinds