Sjeldne B-henfall i ATLAS

Hovedprosjektet i doktorgraden min er å studere henfallet av B-mesoner ved hjelp av ATLAS-detektoren. Et B-meson er en partikkel som består av en b-kvark og en annen kvark (for å være helt presis, så må enten b-kvarken eller den andre kvarken være en antikvark). Slike B-mesoner vil produseres i stort antall når LHC begynner å kollidere protoner.

Etter at et B-meson har blitt laget vil det bare leve i brøkdelen av et sekund før det henfaller, det vil si "går i stykker;" og blir til andre typer partikler. B-mesonene kan henfalle på en lang rekke forskjellige vis - det vil si at det er mange forskjellige partikkelkombinasjoner som kan bli resultatet av et B-henfall. Akkurat hva resultatet av et bestemt henfall blir er det umulig å forutsi, men det er mulig å forutsi sannsynligheten for at det ene eller det andre skjer.

De vanligste måtene for B-mesonene å henfalle på er allerede nøye studert, og sannsyligheten for dem er bestemt med stor nøyaktighet. Det finnes derimot betydelig mer sjeldne typer henfall som ikke er på langt nær like godt studert - faktisk finnes det henfall som er så sjeldne at selv om teoretiske funderinger sier at de må finnes er de ennå ikke påvist.

Det er nettopp et av disse meget sjeldne henfallene som ennå ikke er funnet jeg arbeider med, nemlig henfallet av B_s⁰ (et B-meson som består av en b-kvark og en s-kvark) til to myoner. Hvis man har en milliard B_s⁰-mesoner forventer man at 3-4 av dem henfaller på denne spesielle måten.

Et så sjeldent henfall kan høres fullstendig ubetydelig ut, men faktisk er det ofte de sjeldne tilfellene som er mest interessante! Det viser seg nemlig at hvis kreftene som virker mellom elementærpartiklene ikke er akkurat slik som vi tror i dag, er det nettopp slike sjeldne henfall som er de mest sensistive probene for å oppdage forskjellen. Grunnen til dette henger sammen med at vi allerede har en temmelig presis forståelse av den aktuelle fysikken. Dermed må bidrag fra ukjent fysikk være små. I de vanligste henfallene er bidraget fra kjent fysikk så stort at eventuelt ukjent fysikk blir "overdøvet". I de veldig sjeldne henfallene derimot er bidraget fra den kjente fysikken så lite at det er håp om at ukjent fysikk kan gi et synlig bidrag.

Nå er det slik at LHC ikke kommer til å starte opp før langt ute i 2007. Deretter må maskinen kjøre ganske lenge for å samle nok data til å ha håp om å finne noe interessant. Selve arbeidet mitt er derfor egentlig bare en forberedelse til det egentlige søket. Måten vi gjør det på er at vi ved hjelp av spesiallaget programvare simulerer proton-proton-kollisjonene, og videre hva som skjer med partiklene som dannes og flyr ut gjennom detektoren. På denne måten kan vi for det første avgjøre om det er håp om å måle dette sjeldne henfallet, eller om det blir for vanskelig til at det lar seg gjøre. For det andre kan vi, forutsatt at det ser ut til å være mulig å måle henfalle, finne den beste strategien for å gjøre målingen.