Fizycy polują na nieuchwytną cząsteczkę, która porusza się w obie strony, a jeśli ją znajdą, może to wyjaśnić kilka dziwnych wyników znalezionych w niszczycielach atomów na całym świecie.
We współczesnej fizyce materia jest podzielona na najbardziej podstawowym poziomie na dwa rodzaje cząstek: z jednej strony kwarki, które najczęściej łączą się ze sobą, tworząc protony i neutrony, które z kolei tworzą jądra atomów. Z drugiej strony są leptyny. Należą do nich wszystko inne z masą - od zwykłych elektronów po bardziej egzotyczne miony i tausy, po słabe, prawie niewykrywalne neutrina. W normalnych okolicznościach cząstki te przywierają głównie do własnego rodzaju; kwarki przede wszystkim wchodzą w interakcje z innymi kwarkami, a leptyny z innymi leptonami.
Ale fizycy podejrzewają, że jest tam więcej cząstek. Dużo więcej. Jedna z proponowanych klas cząstek nazywa się leptoquark. Jeśli istnieją, leptokwarki wypełniłyby lukę między leptonami i kwarkami, łącząc się z oboma rodzajami cząstek. Nikt nigdy nie znalazł bezpośrednich dowodów na istnienie leptoquarków, ale badacze mają powody podejrzewać, że tam są. We wrześniu eksperymentaliści z Large Hadron Collider (LHC) opublikowali wyniki kilku eksperymentów w czasopiśmie arXiv w przedruku, którego celem było udowodnienie lub obalenie ich istnienia.
„Leptoquarki stały się jednym z najbardziej kuszących pomysłów na rozszerzenie naszych obliczeń, ponieważ umożliwiają wyjaśnienie kilku zaobserwowanych anomalii” - powiedział Roman Kogler, fizyk z LHC.
Jakie są te anomalie? Wcześniejsze eksperymenty w LHC, Fermilab i innych miejscach przyniosły dziwne wyniki, przy większej liczbie „zdarzeń”, w których powstały cząstki, niż przewidywały dominujące teorie fizyki. Leptokwarki, które wkrótce po ich stworzeniu rozpadłyby się na deszcz innych cząstek, mogłyby wyjaśnić te dodatkowe zdarzenia.
Aby upolować leptoquark, badacze z LHC przeszukują ogromne ilości danych. LHC rozbija protony przy ekstremalnie wysokich energiach, a nadzieja, że z biegiem czasu pojawią się wzorce danych z tych zderzeń, które od czasu do czasu pokazują, że leptokwarki pojawiają się na krótko w tym twórczym blasku.
Jak dotąd, nowo wydane artykuły wykluczały tylko niektóre rodzaje lepto-kwarków, pokazując, że lepto-kwarki, które wiązałyby leptyny z kwarkami przy określonych poziomach energii - jeszcze się nie pojawiły. Ale wciąż istnieje szeroki zakres energii do zbadania.
Yiming Zhong, fizyk z Boston University i współautor artykułu teoretycznego z października 2017 r. Opublikowanego w The Journal of High Energy Physics zatytułowanym The Leptoquark Hunter's Guide, powiedział, że choć ekscytujące jest obserwowanie badaczy LHC polujących na leptokarki, myśli o ich wizji cząsteczka wielozłącza jest zbyt wąska.
Fizycy cząstek dzielą cząstki materii nie tylko na leptyny i kwarki, ale także na kategorie, które nazywają „pokoleniami”. Kwarki w górę i w dół, a także neutrino elektronowe i elektronowe, są kwarkami i leptonami „pierwszej generacji”. Druga generacja zawiera urok i dziwne kwarki, a także miony i neutrina mionowe. A kwarki górne, kwarki dolne, neutrina taus i tau stanowią trzecią generację, zgodnie z CERN, Europejską Organizacją Badań Jądrowych, która prowadzi LHC. Cząstki pierwszej generacji są lżejsze i bardziej stabilne, podczas gdy druga i trzecia generacja są bardziej masywne i krótsze.
Wszystkie poszukiwania leptoquarków opublikowane przez LHC zakładają, że leptoquarki podlegają generacyjnym regułom rządzącym znanymi cząsteczkami. Leptoquark trzeciej generacji może łączyć się z kwantem tau i dolnym. Druga generacja może połączyć się z mionem i dziwnym kwarkiem. I tak dalej.
Ale Zhong powiedział Live Science, że każde pełne polowanie na leptokwarki musi zakładać, że „leptokwarki wielopokoleniowe” mogą tam być, gwałtownie kołysząc się od elektronów pierwszej generacji do kwarków dennych trzeciej generacji. Powiedział, że słyszał plotki, że badacze są gotowi do rozpoczęcia takich poszukiwań, ale że żaden z artykułów opublikowanych jeszcze w LHC nie odzwierciedla tej otwartości na możliwość.
Tymczasem leptokwarki mogą tam być, łącząc się na krótko z dowolnymi cząsteczkami, które wybiorą, zanim znikną błyskawicznie. A może nie. Na razie polowanie na Leptoquark wciąż trwa.
