Es ist eine Suche nach einem winzigen Signal in einer gewaltigen Datenmenge: Forschende am europäischen Kernforschungszentrum CERN haben Hinweise auf einen Teilchenzerfall gefunden, der nur ungefähr einmal unter zehn Milliarden Fällen auftritt. Das Ergebnis ist ein wichtiger Schritt – doch bis zur endgültigen Bestätigung braucht es noch mehr Daten.
Ein Zerfall unter zehn Milliarden
Im Mittelpunkt steht ein sogenanntes B-Meson. Diese kurzlebigen Teilchen entstehen bei Kollisionen im Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC). Nach etwa 1,5 Billionstel Sekunden zerfallen sie bereits wieder.
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Besonders selten ist ein Vorgang, bei dem sich ein B-Meson in zwei Myonen verwandelt. Myonen sind schwerere Verwandte der Elektronen. Laut dem etablierten Standardmodell der Teilchenphysik passiert das nur bei etwa einem von zehn Milliarden B-Mesonen.
Die Suche nach diesem Zerfall läuft bereits seit den frühen 1980er-Jahren. Nun konnte die LHCb-Kollaboration am CERN erstmals mit den Daten eines einzelnen Experiments Hinweise darauf finden.
Warum die Entdeckung so wichtig wäre
Der seltene Zerfall ist für die Wissenschaft besonders spannend, weil er einen Blick auf mögliche bislang unbekannte Teilchen ermöglichen könnte. Diese könnten den Vorgang beeinflussen, obwohl sie im Teilchenbeschleuniger nicht direkt erzeugt werden.
Die Messung könnte damit Hinweise auf Physik liefern, die über das bisherige Standardmodell hinausgeht. Bislang gibt es dafür allerdings keinen Beleg: Die gemessene Zerfallsrate passt zu den Vorhersagen der etablierten Theorie.
Noch fehlt die entscheidende Sicherheit
In der Teilchenphysik gelten klare Regeln dafür, wann ein Ergebnis als Entdeckung zählt. Dafür ist eine statistische Signifikanz von fünf Sigma erforderlich. Ab drei Sigma sprechen Forschende zunächst von Evidenz.
Die aktuelle Auswertung erreicht 3,0 Sigma mit den Daten aus den Jahren 2024 und 2025. Werden ältere Messungen aus den Jahren 2011 bis 2018 dazugerechnet, steigt der Wert auf 3,2 Sigma. Für einen endgültigen Nachweis reicht das noch nicht.
Neue Daten sollen Klarheit bringen
Dass die Forschenden überhaupt so weit gekommen sind, liegt auch am modernisierten LHCb-Detektor. Seit 2024 kann er Daten fünfmal schneller aufzeichnen als zuvor. Mithilfe von maschinellem Lernen filterte das Team aus der riesigen Zahl an Teilchenkollisionen jene Ereignisse heraus, die zum gesuchten Zerfall passen könnten.
Der nächste große Schritt ist bereits geplant: Ab 2030 soll der High-Luminosity-LHC noch mehr Daten liefern. Ein weiteres Upgrade des LHCb-Experiments ist für Mitte der 2030er-Jahre vorgesehen. Damit könnten die Forschenden den seltenen Zerfall häufiger beobachten und möglicherweise auch bislang unbekannte Teilchen aufspüren.