Physiker suchen nach einem schwer fassbaren Teilchen, das in beide Richtungen schwingt, und wenn sie es finden, könnte dies mehrere bizarre Ergebnisse erklären, die bei Atomzerstörern auf der ganzen Welt gefunden wurden.
In der modernen Physik wird Materie auf ihrer grundlegendsten Ebene in zwei Arten von Teilchen unterteilt: Einerseits sind Quarks, die sich am häufigsten zu Protonen und Neutronen verbinden, die wiederum die Atomkerne bilden. Auf der anderen Seite sind Leptonen. Dazu gehört alles andere mit Masse - von gewöhnlichen Elektronen über exotischere Myonen und Taus bis hin zu schwachen, fast nicht nachweisbaren Neutrinos. Unter normalen Umständen haften diese Partikel hauptsächlich an ihrer eigenen Art; Quarks interagieren hauptsächlich mit anderen Quarks und Leptonen mit anderen Leptonen.
Aber Physiker vermuten, dass es da draußen mehr Teilchen gibt. Eine Menge mehr. Und eine dieser vorgeschlagenen Partikelklassen heißt Leptoquark. Wenn sie existieren, würden Leptoquarks die Lücke zwischen Leptonen und Quarks überbrücken und sich mit beiden Arten von Partikeln koppeln. Niemand hat jemals direkte Beweise für die Existenz von Leptoquarks gefunden, aber Forscher haben Grund zu der Annahme, dass sie da draußen sind. Im September veröffentlichten Experimentatoren des Large Hadron Collider (LHC) die Ergebnisse mehrerer Experimente im Preprint-Journal arXiv, um ihre Existenz zu beweisen oder zu widerlegen.
"Leptoquarks sind zu einer der verlockendsten Ideen für die Erweiterung unserer Berechnungen geworden, da sie es ermöglichen, mehrere beobachtete Anomalien zu erklären", sagte Roman Kogler, Physiker am LHC, in einer Erklärung.
Was sind das für Anomalien? Frühere Experimente am LHC, in Fermilab und anderswo haben zu seltsamen Ergebnissen geführt, mit mehr "Ereignissen", bei denen Teilchen erzeugt wurden, als die vorherrschenden physikalischen Theorien vorausgesagt hatten. Leptoquarks, die kurz nach ihrer Entstehung in Schauer anderer Partikel zerfallen würden, könnten diese zusätzlichen Ereignisse erklären.
Um den Leptoquark zu jagen, durchsuchen Forscher des LHC riesige Datenmengen. Der LHC zerschmettert Protonen mit extrem hohen Energien, und es besteht die Hoffnung, dass im Laufe der Zeit Muster in den Daten dieser Kollisionen auftauchen, die zeigen würden, dass gelegentlich Leptoquarks kurz in dieser kreativen Flamme erscheinen.
Bisher haben neu veröffentlichte Artikel nur bestimmte Arten von Leptoquarks ausgeschlossen, was zeigt, dass Leptoquarks, die Leptonen bei bestimmten Energieniveaus an Quarks binden würden, noch nicht aufgetaucht sind. Aber es gibt immer noch große Energiebereiche zu erforschen.
Yiming Zhong, Physiker an der Boston University und Co-Hauptautor eines theoretischen Papiers vom Oktober 2017, das im Journal of High Energy Physics mit dem Titel The Leptoquark Hunter's Guide veröffentlicht wurde, sagte, es sei zwar aufregend, LHC-Forscher zu sehen, die Leptoquarks jagen, aber er denke an ihre Vision Das Mehrfachkopplungsteilchen ist zu schmal.
Teilchenphysiker unterteilen Materieteilchen nicht nur in Leptonen und Quarks, sondern auch in Kategorien, die sie "Generationen" nennen. Die Auf- und Ab-Quarks sowie das Elektron und das Elektronenneutrino sind Quarks und Leptonen der "ersten Generation". Die zweite Generation umfasst Charme und seltsame Quarks sowie Myonen und Myonenneutrinos. Und Top-Quarks, Bottom-Quarks, Taus- und Tau-Neutrinos bilden laut CERN, der Europäischen Organisation für Kernforschung, die den LHC betreibt, die dritte Generation. Partikel der ersten Generation sind leichter und stabiler, während die zweite und dritte Generation massiver und kurzlebiger sind.
Die vom LHC veröffentlichten Leptoquark-Suchen gehen alle davon aus, dass die Leptoquarks Generationsregeln folgen, die die bekannten Partikel regeln. Ein Leptoquark der dritten Generation kann mit einem Tau und einem Bottom Quark gekoppelt werden. Eine zweite Generation könnte sich mit einem Myon und einem seltsamen Quark paaren. Und so weiter.
Aber Zhong sagte Live Science, dass jede vollständige Leptoquark-Jagd davon ausgehen muss, dass "Leptoquarks mit mehreren Generationen" da draußen sein könnten, die möglicherweise wild von Elektronen der ersten Generation zu Bodenquarks der dritten Generation schwingen. Er sagte, er habe Gerüchte gehört, dass Forscher da draußen bereit seien, eine solche Suche zu beginnen, aber dass keines der bisher vom LHC veröffentlichten Papiere diese Offenheit für Möglichkeiten widerspiegele.
In der Zwischenzeit sind möglicherweise Leptoquarks vorhanden, die sich kurz mit den von ihnen ausgewählten Partikeln verbinden, bevor sie blitzschnell verschwinden. Oder sie könnten nicht. Im Moment ist die Leptoquark-Jagd noch nicht abgeschlossen.
