Leptokvark

A leptokvarkok a kvarkokkal és a leptonokkal kölcsönható feltételezett részecskék. Ezek színtöltött bozonok nem nulla lepton- és barionszámmal. Más kvantumszámaik, például a spin, a (tört) töltés és a gyenge izospin elméletenként eltér. A leptokvarkok a standard modell bizonyos kiterjesztéseiben jelen vannak, például a techniszínelméletben, a kvark–lepton egyesítés elméleteiben (például Pati–Salam-modell) vagy a SU(5)-ön, SO(10)-en, E6-on stb. alapuló nagy egyesített elméletekbe. A leptokvarkokat jelenleg az ATLAS és a CMS kutatják a CERN Nagy Hadronütköztetőjében.

2021 márciusában voltak kutatások a leptokvarkok lehetséges létén, mely a bottom kvarkok bomlásában lévő váratlan eltérésben jelent meg. Ennek szignifikanciája 3,1σ, jóval kevesebb, mint a felfedezés valószínűségéhez szükséges 5σ.[1]

Áttekintés

Ha léteznek, a leptokvarkoknak nehezebbnek kell lenniük minden ismert elemi részecskénél, különben felfedezték volna. A leptokvarkok tömegének jelenlegi kísérleti alsó határai (típustól függően) nagyjából 1 TeV/c2, vagyis a proton tömegének nagyjából 1000-szerese. A leptokvarkok definíció szerint kvarkká és leptonná vagy antileptonná kell bomlaniuk. Hasonlóan sok más elemi részecskéhez, rövid életűek, és nincsenek jelen a hagyományos anyagban. Azonban nagy energiájú részecskeütközések, például részecskegyorsítók vagy a földi légkört érő kozmikus sugarak létrehozhatnak leptokvarkokat.

A kvarkokhoz hasonlóan a leptokvarkoknak is rendelkezniük kell színtöltéssel, így a gluonokkal is kölcsönhatásba léphetnek. Ez az erős kölcsönhatásuk fontos a részecskegyorsítókban való előállításukhoz.

Egyszerűsített (töltésalapú) tipológia

Számos leptokvarktípus ismert elektromos töltésük alapján:

  • Q = 5⁄3: u-típusú kvarkokra (u, c, t) és töltött antileptonokra (e+, μ+, τ+) bomlik.
  • Q = 2⁄3: u-típusú kvarkokra és neutrínókra vagy antineutrínókra, vagy d-típusú kvarkokra (d, s, b) és töltött antileptonokra bomlik.
  • Q = −1⁄3: d-típusú kvarkokra és (anti)neutrínókra, vagy u-típusú kvarkokra és töltött leptonra bomlik.
  • Q = −4⁄3: d-típusú kvarkokra és töltött leptonra bomlik.

Ha egy adott töltésű leptokvark létezik, annak ellentétes töltésű antirészecskéjének, mely a fentiek konjugáltjaira bomlik, szintén léteznie kell.

Egy adott töltésű leptokvark kölcsönhathat bármilyen adott töltésű lepton–kvark kombinációval (ez 3 ⋅ 3 = 9 {\displaystyle 3\cdot 3=9} különböző kölcsönhatást jelent adott típusú leptokvark esetén). Azonban kísérleti kutatások általában feltételezik, hogy ezek közül csak egy lehetséges. A 2⁄3 töltésű, pozitronra és d kvarkra bomló leptokvarkot „első generációsnak”, az s kvarkra és antimüonra bomlót „második generációsnak” stb. nevezik. Azonban a legtöbb elmélet nem határozza meg, hogy a leptokvarkok csak egyféleképp léphetnek kölcsönhatásba, sem hogy a kvark és a lepton generációja feltétlenül azonos.[2]

Leptokvarkok és protonbomlás

A tiszta leptokvarkok nem sértik a barionszám-megmaradást. Azonban egyes elméletek lehetővé vagy szükségessé teszik, hogy a leptokvarkoknak legyen dikvarkkölcsönhatási lehetőségük. Például egy 2⁄3 töltésű leptokvark bomolhat két d-típusú antikvarkra. Egy ilyen leptokvark–dikvark léte protonbomlást okozhat. A jelenlegi protonélettartam-határok ezeket erősen ellenőrzik. Ezek a területek megjelennek nagy egyesített elméletekben, például a Georgi–Glashow SU(5) modellben X és Y bozonokként.

Kísérleti eredmények

1997-ben számos eseményt találtak a HERA gyorsítónál, kérdéseket felvetve a részecskefizikában, mivel az eseménysokaság egyik lehetséges magyarázata a leptokvarkok jelenléte volt.[3] Későbbi, több adatot használó tanulmányok a HERA-nál és a Tevatronnál kizárták ezt legfeljebb mintegy 275-325 GeV/c2 tömegig.[4] Második generációs leptokvarkokat is kerestek, de nem találtak.[5]

A jelenlegi legjobb határokat a leptokvarkokra az LHC állította be, mely első, második, harmadik és kevert generációs leptokvarkokat is keresett,[6] az alsó tömeghatárt nagyjából 1 TeV/c2-re állította be.[7] A neutrínóhoz és kvarkhoz kapcsolódó leptokvarkokhoz a neutrínók miatt a részecskék ütközésekor hiányzó energiának nagyon nagynak kell lennie. A leptokvarkok létrejötte valószínűleg a nagy tömegű kvarkokéhoz hasonló.[8]

Az elektronokhoz és u vagy d kvarkokhoz kapcsolódó leptokvarkokhoz a legjobb határokat az atomi paritássértés és a paritássértő elektronelrendeződés adja meg.

Az elektrongyűrűt a létező LHC protongyűrűhöz hozzáadó LHeC projektet javasolták magasabb generációs leptokvarkok keresésére.[9]

Jegyzetek

  1. ↑ Johnston, Hamish. Has a new particle called a 'leptoquark' been spotted at CERN? (2021. március 23.) 
  2. ↑ (2017) „The leptoquark hunter's guide: pair production”. Journal of High Energy Physics 97 (10), 97. o. DOI:10.1007/JHEP10(2017)097.  
  3. ↑ Horgan, John. Leaping leptoquarks! Hints of "new physics" emerge from German accelerators (1997. március 24.) 
  4. ↑ (2005) „Search for leptoquark bosons in e p collisions at HERA”. Physics Letters B 629 (1), 9–19. o. DOI:10.1016/j.physletb.2005.09.048.  
  5. ↑ The search for leptoquarks. Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)
  6. ↑ Tanabashi, M. (2018). „Review of Particle Physics: Leptoquark quantum numbers”. Physical Review D 98 (3), 030001. o. DOI:10.1103/PhysRevD.98.030001.  
  7. ↑ Leptoquarks review. Lawrence Berkeley National Laboratory, 2016
  8. ↑ Hedin, David: Search for third generation leptoquarks. Northern Illinois University. (Hozzáférés: 2020. március 5.)
  9. ↑ Birmingham LHeC project page

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Leptoquark című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Kapcsolódó szócikkek

  • Kvark–lepton komplementaritás
  • X17-részecske
Nemzetközi katalógusok