Eine genaue Messung dieser Rate erlaubt Rückschlüsse auf neue Prozesse, die nicht durch das bekannte Standardmodell der Teilchenphysik beschrieben werden („Neue Physik“). Ein erster entscheidender Hinweis auf diese Zerfälle wurde vom LHCb-Experiment im November 2012 berichtet.
Die Wichtigkeit dieses Zerfallsmodus liegt präzise in seiner Seltenheit. Die relative Zerfallsrate kann im Rahmen des Standardmodells sehr genau vorhergesagt werden. Die Präsenz von bisher unbekannten Teilchen könnte deutliche Abweichungen von dieser Vorhersage bewirken und würde damit einen indirekten Beweis für Neue Physik liefern.
Ermöglicht wurde die Messung durch die enorme Datenmenge, die in den letzten Jahren am „Large Hadron Collider“ am CERN erzeugt wurde. Das Triggersystem von CMS, dessen zentrale Komponenten am Institut für Hochenergiephysik gebaut wurden, filtert dabei in Echtzeit etwa 10 Kandidaten für solche Zerfälle pro Sekunde aus allen Kollisionen aus. Nach Speicherung dieser Daten können die Ereignisse genauer untersucht und der Untergrund durch Analyse der Eigenschaften der beiden Myonen weiter reduziert werden. Gleichzeitig muss die Gesamtzahl aller produzierten Bs-Mesonen bestimmt werden.
Die Abbildung zeigt die Massenverteilung der Myonenpaare nach Abzug des Untergrunds und die Anteile der bereits erwähnten Bs-Mesonen sowie der B0-Mesonen, die analog aufgebaut sind, aber ein Down- statt eines Strange-Quarks enthalten. Die relative Zerfallsrate für die Bs-Mesonen wurde mit (3,0+1.0-0.9) x 10-9 gemessen und entspricht einer Wahrscheinlichkeit für eine zufällige Schwankung des Untergrunds von etwa 1:100000. Im Fall der B0-Mesonen wurde eine Obergrenze für die Zerfallsrate von 1.1 x 10–9 mit 95% statistischer Sicherheit bestimmt. Beide Werte sind mit den Vorhersagen des Standardmodells verträglich.
Diese Resultate geben im Moment keine Hinweise auf neue, unbekannte Prozesse. Das derzeitige Standardmodell kann aber nicht vollständig sein. Es liefert z.B. keine Erklärung für die Dunkle Materie im Universum. Mit der neuen Datennahmeperiode ab 2015 wird sich die Messgenauigkeit von CMS für diesen Zerfall erhöhen. Dies wird einen genaueren Vergleich der Bs-Zerfallsrate mit den Vorhersagen ermöglichen und die B0-Zerfälle in den Bereich der Messbarkeit bringen. Die fast doppelt so hohe Strahlenergie wird aber vor allem auch neue Möglichkeiten für die direkte Suche nach Neuer Physik bieten.
Weitere Informationen finden Sie unter: http://cms.web.cern.ch/news/very-rare-decay-has-been-seen-cms