// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
LHC hat nach 40 Jahren Hinweise auf extrem seltenen Teilchenzerfall entdeckt
Eine Suche seit den frühen 1980er-Jahren könnte an einem Wendepunkt angelangt sein: Das LHCb-Experiment liefert aus eigenen Messdaten erstmals deutliche Hinweise darauf, dass ein neutrales B-Meson in ein Myon und dessen Antiteilchen zerfällt. Nach dem Standardmodell geschieht das nur ungefähr einmal unter zehn Milliarden solcher Teilchen. Für eine gesicherte Entdeckung fehlen allerdings noch Daten.
Genf (Schweiz). B-Mesonen sind kurzlebige Teilchen aus einem Quark und einem Antiquark, die in Teilchenbeschleunigern massenhaft entstehen. Besonders schwierig ist es, einen Zerfall nachzuweisen, bei dem ihre Bestandteile einander vernichten und lediglich ein Myon sowie dessen Antiteilchen entstehen.
Das Standardmodell der Teilchenphysik erlaubt diesen Vorgang nur über seltene quantenphysikalische Zwischenprozesse. Unbekannte schwere Teilchen könnten sich an diesen beteiligen und die Zerfallswahrscheinlichkeit verändern, selbst wenn sie für einen direkten Nachweis im Beschleuniger zu schwer wären.
Die internationale LHCb-Kollaboration hat nun die Spuren des gesuchten Zerfalls in einem einzelnen Experiment herausgearbeitet. Marco Santimaria vom Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) hat die Analyse des 19-köpfigen Teams mitgeleitet. Die Ergebnisse liegen bisher als Forschungs-Preprint vor und wurden noch nicht fachbegutachtet.
Die neue Datenprobe aus den Jahren 2024 und 2025 erreicht eine statistische Signifikanz von 3,0 Sigma, also drei Standardabweichungen gegenüber zufälligen Schwankungen des Untergrunds. Mit älteren Messungen steigt dieser Wert auf 3,2 Sigma, während erst fünf Sigma in der Teilchenphysik für eine bestätigte Entdeckung ausreichen.
Das ist ein deutlicher Fortschritt, aber noch kein endgültiger Nachweis. Schon 2015 hatten zwei Experimente gemeinsam erste Hinweise gemeldet, die sich in späteren LHCb-Auswertungen zunächst nicht bestätigten.
„Hinweise auf diesen seltenen Zerfall zu finden, ist unglaublich aufregend und eröffnet neue Möglichkeiten, über die direkte Reichweite des LHC hinaus nachzuforschen“, erklärt Dr. Harry Cliff von der University of Cambridge.
Der Umbau des LHCb-Detektors hat die Datenmenge deutlich erhöht: Seit 2024 werden Kollisionen etwa fünfmal schneller aufgezeichnet als in früheren Messperioden. Verbesserte Teilchenkennungen und Verfahren des maschinellen Lernens helfen dabei, die gesuchten Ereignisse aus dem gewaltigen Datenstrom herauszufiltern.
Entscheidend ist ein winziger Überschuss an Myonenpaaren, deren gemeinsame Masse zum Zerfall eines neutralen B-Mesons passt. Um ihn sichtbar zu machen, müssen unzählige andere Reaktionen mit ähnlichen Teilchenspuren statistisch sauber vom eigentlichen Signal getrennt werden.
„Es ist äußerste Präzision nötig, um die Myonen aus dem überwältigenden Untergrund herauszufiltern“, sagt Marco Santimaria.