CMS-detektoren (Billede:CERN
På det mest grundlæggende niveau, stof består af to typer partikler:leptoner, såsom elektronen, og kvarker, som kombineres for at danne protoner, neutroner og andre sammensatte partikler. Under standardmodellen for partikelfysik, både leptoner og kvarker falder i tre generationer med stigende masse. Ellers, de to slags partikler er forskellige. Men nogle teorier, der udvider standardmodellen, forudsiger eksistensen af nye partikler kaldet leptoquarks, der ville forene kvarker og leptoner ved at interagere med begge.
I et nyt papir, CMS-samarbejdet rapporterer resultaterne af deres seneste søgning efter leptoquarks, der ville interagere med tredjegenerationskvarker og leptoner (top- og bundkvarker, tau lepton og tau neutrino). Sådanne tredjegenerations leptoquarks er en mulig forklaring på en række spændinger med standardmodellen (eller "anomalier"), som er blevet set i visse transformationer af partikler kaldet B mesoner, men som endnu ikke er blevet bekræftet. Der er derfor en yderligere grund til at jage disse hypotetiske partikler.
CMS-holdet ledte efter tredje generation af leptoquarks i en dataprøve af proton-proton-kollisioner, der blev produceret af Large Hadron Collider (LHC) ved en energi på 13 TeV og blev registreret af CMS-eksperimentet mellem 2016 og 2018. Specifikt, holdet ledte efter par af leptoquarks, der forvandler sig til en top- eller bundkvark og en tau lepton eller tau neutrino, samt for enkelte leptoquarks, der produceres sammen med en tau-neutrino og omdannes til en topkvark og en tau-lepton.
CMS-forskerne fandt ingen indikation af, at sådanne leptoquarks blev produceret i kollisionerne. Imidlertid, de var i stand til at sætte nedre grænser for deres masse:de fandt ud af, at sådanne leptoquarks skulle være mindst 0,98-1,73 TeV i masse, afhængig af deres iboende spin og styrken af deres interaktion med en kvark og en lepton. Disse grænser er nogle af de strammeste til dato for tredjegenerations leptoquarks, og de tillader en del af leptoquark-masseområdet, der kunne forklare B-meson-anomalierne, at blive udelukket.
Jagten på leptoquarks fortsætter.