Физики охотятся за неуловимой частицей, которая качается в обе стороны, и если они найдут ее, это может объяснить несколько странных результатов, обнаруженных у разбивающих атомы по всему миру.
В современной физике материя на самом базовом уровне делится на два типа частиц: с одной стороны, кварки, которые чаще всего связываются вместе, образуя протоны и нейтроны, которые, в свою очередь, составляют ядра атомов. С другой стороны, лептоны. К ним относятся все остальное с массой - от обычных электронов до более экзотических мюонов и таузов, до слабых, почти не обнаруживаемых нейтрино. При нормальных обстоятельствах эти частицы в основном придерживаются своего вида; кварки в первую очередь взаимодействуют с другими кварками, а лептоны - с другими лептонами.
Но физики подозревают, что там больше частиц. Намного больше. И один из предложенных классов частиц называется лептокварком. Если бы они существовали, лептокварки могли бы преодолеть разрыв между лептонами и кварками, связываясь с обоими типами частиц. Никто никогда не нашел прямых доказательств существования лептокварков, но у исследователей есть основания подозревать, что они там. В сентябре экспериментаторы на Большом адронном коллайдере (LHC) опубликовали результаты нескольких экспериментов в препринтном журнале arXiv, призванном либо доказать, либо опровергнуть их существование.
«Лептокворки стали одной из самых заманчивых идей для расширения наших расчетов, поскольку они позволяют объяснить несколько наблюдаемых аномалий», - сказал в своем заявлении физик из LHC Роман Коглер.
Что это за аномалии? Прошлые эксперименты на LHC, Fermilab и в других местах показали странные результаты с большим количеством «событий», в которых были созданы частицы, чем предсказывали доминирующие физические теории. Leptoquarks, которые распались бы на ливни других частиц вскоре после их создания, могли бы объяснить те дополнительные события.
Чтобы охотиться на лептокварков, исследователи на LHC просеивают огромные объемы данных. LHC разбивает вместе протоны при чрезвычайно высоких энергиях, и есть надежда, что со временем в данных этих столкновений появятся закономерности, которые покажут, что иногда в этом творческом порыве периодически появляются лептокварки.
Пока что недавно выпущенные статьи исключают только определенные виды лептокварков, показывая, что лептокварки, которые связывают лептоны с кварками на определенных уровнях энергии, еще не появились. Но есть еще широкие возможности для изучения.
Иминг Чжонг, физик из Бостонского университета и соавтор теоретической статьи за октябрь 2017 года, опубликованной в журнале «Физика высоких энергий» под названием «Руководство охотника за лептокварками», сказал, что, хотя интересно наблюдать, как исследователи LHC охотятся на лептокварков, он считает, что их видение многопарная частица слишком узкая.
Физики частиц разделяют частицы материи не только на лептоны и кварки, но и на категории, которые они называют «поколениями». Кварки вверх и вниз, а также электронное и электронное нейтрино являются кварками и лептонами «первого поколения». Второе поколение включает в себя очарование и странные кварки, а также мюоны и мюонные нейтрино. А верхние кварки, нижние кварки, таузы и тау нейтрино составляют третье поколение, по данным CERN, Европейской организации ядерных исследований, которая управляет LHC. Частицы первого поколения легче и стабильнее, в то время как второе и третье поколения более массивны и короче.
Все поиски лептокварков, опубликованные LHC, предполагают, что лептокварки следуют правилам поколений, которые управляют известными частицами. Лептокварк третьего поколения может сочетаться с тау и нижним кварком. Второе поколение может соединиться с мюоном и странным кварком. И так далее.
Но Чжун сказал Live Science, что любая полная охота на лептокварков должна предполагать, что «многопоколенные лептокварки» могут существовать, дико колебаясь от электронов первого поколения к нижним кваркам третьего поколения. Он сказал, что слышал слухи о том, что исследователи готовы начать такой поиск, но что ни одна из работ, еще не выпущенных с LHC, не отражает эту открытость к возможности.
Тем временем могут существовать лептокварки, которые кратковременно связываются с любыми частицами, которые они выбирают, прежде чем исчезнуть во вспышке. Или они не могут. На данный момент охота на лептокварков еще продолжается.
