unparticle

Elastische “unparticles” zouden een glimp van een mysterieus signaal in de deeltjesversneller Tevatron een jaar geleden kunnen verklaren. Dit zou een ​​van de grootste mysteries in de natuurkunde op kunnen lossen: waarom het heelal alleen uit materie bestaat en niet uit evenveel antimaterie.

Waarom is er meer materie dan antimaterie?
Van materie en antimaterie wordt gedacht dat deze in gelijke hoeveelheden zijn ontstaan na de oerknal. Iets heeft er voor gezorgd dat materie veel meer voorkomt dan antimaterie, althans in ons deel van het heelal.

Een mogelijke verklaring is dat sommige fysische processen de vorming van materie bevorderen. Volgens het standaardmodel van de deeltjesfysica, bijvoorbeeld, moeten zogeheten B-mesonen constant schakelen, of mixen, tussen hun materie- en antimaterie vormen. Het is iets gemakkelijker voor een anti-B meson om een normaal B-meson te worden dan omgekeerd, waardoor een onbalans ontstaat. Deze voorkeur voor materie wordt overgedragen aan de deeltjes geproduceerd wanneer B-mesonen vervallen, maar zijn niet groot genoeg om de waargenomen materie-antimaterie asymmetrie te verklaren.

Eerder hebben diverse teams een glimp van asymmetrie opgevangen die zelfs groter dan het standaard model voorspelt. In mei 2010, meldden onderzoekers van het Fermi National Accelerator Laboratory in Batavia, Illinois, dat 1% meer B-mesonen dan anti-B mesonen werden geproduceerd in hun deeltjesdetector, de Tevatron (1). Dit is 40 keer groter dan de onbalans voorspeld door het standaard model.

Unparticles: bizarre fractaldeeltjes

Twee aparte groepen stellen nu dat een verklaring voor deze grotere asymmetrie ligt in het unparticle, een hypothetisch object, in 2007 bedacht door Howard Georgi, theoreticus van de Harvard Universiteit. Georgi suggereerde dat schaalinvariantie – die je ziet in fractal-achtige patronen die onveranderd blijven, zelfs wanneer je in-en uitzoomt op verschillende schalen (denk aan de vertakking van bomen en de gekartelde randen van kusten) – ook kan gelden voor afzonderlijke deeltjes. De lading en spin van unparticles staan vast, maar, tegen de intuïtie in, hun massa hangt af van de schaal waarop het deeltje wordt waargenomen.

Dergelijke unparticles kunnen een rol kunnen spelen in een populaire voorgestelde uitbreiding van het standaard model: supersymmetrie. Xiao-Gang Hij en zijn collega’s van Shanghai Jiao Tong University in China berekenen dat unparticles ook B-mesonen beïnvloeden. Dat komt omdat de quantummechanica dicteert dat als ze bestaan, “virtuele” versies ook moeten bestaan. Tijdelijke unparticles zouden in een voortdurend proces ontstaan en wroden vernietigd en dit kan in bepaalde gevallen van invloed zijn  op het gedrag van B-mesonen. En dus verklaren waarom er zo’n sterke symmetriebreking optreedt.  Deze invloed verschillen tussen de B-meson en zijn antimaterie tegenhanger, het zou versterkt de reeds ongelijke mengen voorspeld door het standaard model genoeg zijn om rekening voor de mysterieuze Tevatron-signaal (2).

De elastische massa van de unparticles betekent dat het denkbaar is dat detectie in de Tevatron tot nu toe niet is voorgekomen. Een aparte groep onder leiding van Li is tot een vergelijkbare conclusie gekomen (3). Bruce Hoeneisen, een lid van het Fermilab team dat de B-meson onbalans zag in 2010, zegt dat andere opties, met inbegrip van nieuwe soorten quarks momenteel niet opgenomen in het standaard model, kan de Tevatron-signaal uit te leggen. Hij waarschuwt ook dat de Tevatron het vinden van de bevestiging nodig heeft.

“Ik denk dat dit de geloofwaardigheid van de unparticle-theorie doet stijgen”, zegt Run-Hui Li van Yonsei Universiteit in Seoul, Zuid-Korea, de leider van een van de twee teams die de link voorstellen.

Bronnen

1. V.M. Abazov et al., Evidence for an anomalous like-sign dimuon charge asymmetry, ArXiv
2. Bo Ren, Xiao-Gang He en Pei-Chu Xie, Large dimuon asymmetry in B-anti B-meson mixing from unparticle induced Gamma 12,s, Phycics Review Letters B
3. Chuan-Hung Chen, C. S. Kim and Run-Hui Li, Charge and CP asymmetries of Bq meson in unparticle physics, ArXiv