Die Physiker haben der Masse der Leptoquarks neue Grenzen gesetzt
Auf seiner grundlegendsten Ebene besteht Materie aus zwei Arten von Teilchen: Leptonen wie einem Elektron und Quarks, die zusammen Protonen, Neutronen und andere Teilchen bilden.
Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik werden sowohl Leptonen als auch Quarks mit zunehmender Masse in drei Generationen unterteilt. Ansonsten sind diese beiden Arten von Partikeln unterschiedlich. Einige Theorien, die das Standardmodell erweitern, sagen jedoch die Existenz neuer Teilchen voraus, die als Leptoquarks bezeichnet werden und Quarks und Leptonen durch Wechselwirkung mit beiden kombinieren.
Ein neues Papier aus der CMS-Zusammenarbeit berichtet über die Ergebnisse einer kürzlich durchgeführten Suche nach Leptoquarks, die mit Quarks und Leptonen der dritten Generation (Up- und Down-Quarks, Tau-Lepton und Tau-Neutrinos) interagieren.
Solche Leptoquarks der dritten Generation sind eine mögliche Erklärung für die vielen Widersprüche mit dem Standardmodell (oder "Anomalien"), die bei bestimmten Teilchenumwandlungen, sogenannten B-Mesonen, beobachtet, aber noch nicht bestätigt wurden. Daher gibt es einen zusätzlichen Grund, nach diesen hypothetischen Partikeln zu suchen.
Das CMS-Team suchte nach Leptoquarks der dritten Generation in einer Stichprobe von Proton-Proton-Kollisionsdaten, die am Large Hadron Collider (LHC) bei 13 TeV erstellt und im CMS-Experiment zwischen 2016 und 2018 nachgewiesen wurden.
Die Physiker untersuchten Paare von Leptoquarks, die sich in einen Up- oder Down-Quark und einen Tau-Lepton oder ein Tau-Neutrino verwandeln können, sowie einzelne Leptoquarks, die zusammen mit einem Tau-Neutrino gebildet werden und sich in einen Up-Quark und einen Tau-Lepton verwandeln.
Bisher haben CMS-Forscher keinen Hinweis darauf gefunden, dass solche Leptoquarks durch Kollisionen entstanden sind.
Sie konnten jedoch eine untere Massengrenze festlegen: Sie stellten fest, dass solche Leptoquarks eine Masse von mindestens 0,98-1,73 TeV aufweisen müssen, abhängig von ihrem eigenen Spin und der Stärke ihrer Wechselwirkung mit dem Quark und Lepton. Diese Einschränkungen gehören zu den strengsten für Leptoquarks der dritten Generation und ermöglichen es, einen Teil des Bereichs der Leptoquark-Massen auszuschließen, der die B-Meson-Anomalien erklären könnte.
Die Suche nach Leptoquarks geht weiter.