• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Física
    La caza de leptoquarks ha comenzado

    Un evento de colisión registrado por CMS al comienzo de la serie de toma de datos de 2018. CMS examina estas colisiones hasta 40 millones de veces por segundo en busca de señales de partículas hipotéticas como leptoquarks. Crédito:Thomas McCauley / Tai Sakuma / CMS / CERN

    La materia está hecha de partículas elementales, y el Modelo Estándar de física de partículas establece que estas partículas se encuentran en dos familias:leptones (como electrones y neutrinos) y quarks (que forman protones y neutrones). Bajo el modelo estándar, estas dos familias son totalmente distintas, con diferentes cargas eléctricas y números cuánticos, pero tienen el mismo número de generaciones (vea la imagen a continuación).

    Sin embargo, algunas teorías que van más allá del Modelo Estándar, incluyendo ciertas "grandes teorías unificadas, "predicen que los leptones y los quarks se fusionan a altas energías para convertirse en leptoquarks. Estos leptoquarks se proponen en teorías que intentan unificar los fuertes, Fuerzas débiles y electromagnéticas.

    Tales "unificaciones" no son inusuales en física. La electricidad y el magnetismo se unificaron en el siglo XIX en una sola fuerza conocida como electromagnetismo, a través de las elegantes fórmulas matemáticas de Maxwell. En el caso de los leptoquarks, Se cree que estas partículas híbridas tienen propiedades tanto de leptones como de quarks, así como el mismo número de generaciones. Esto no solo les permitiría "dividirse" en los dos tipos de partículas, sino que también permitiría que los leptones se transformaran en quarks y viceversa. En efecto, Las anomalías detectadas por el experimento LHCb, así como por Belle y Babar en las mediciones de las propiedades de los mesones B, también podrían explicarse por la existencia de estas partículas hipotéticas.

    Si existen leptoquarks, serían muy pesados ​​y se transformarían rápidamente, o "decadencia, "en leptones o quarks más estables. Experimentos anteriores en el SPS y LEP del CERN, HERA en DESY y Tevatron en Fermilab han analizado las desintegraciones en partículas de primera y segunda generación. Las búsquedas de leptoquarks de tercera generación (LQ3) se realizaron por primera vez en el Tevatron, y ahora se están explorando en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

    Dado que los leptoquarks se transformarían en un leptón y un quark, Los investigadores del LHC buscan firmas reveladoras en las distribuciones de estos "productos de descomposición". En el caso de los leptoquarks de tercera generación, el leptón podría ser un tau o un neutrino tau, mientras que el quark podría ser un tau o un neutrino tau.

    El modelo estándar de física de partículas divide las partículas elementales de materia en familias separadas:leptones y quarks. Cada familia consta de seis partículas, que están relacionados en pares, o "generaciones". Las partículas más ligeras y estables componen la primera generación, mientras que las partículas más pesadas y menos estables pertenecen a la segunda y tercera generación. Los seis leptones están dispuestos en tres generaciones:el "electrón" y el "neutrino electrónico, "el" muón "y el" neutrino muón, "y el" tau "y el" neutrino tau ". Los seis quarks están emparejados de manera similar en tres generaciones:el" quark up "y el" quark down "forman la primera generación, seguido del "quark encanto" y "quark extraño, "luego el" quark top "y el" quark bottom (o belleza) ". Crédito:Daniel Dominguez / CERN

    En un artículo reciente, utilizando datos recopilados en 2016 a una energía de colisión de 13 TeV, la colaboración Compact Muon Solenoid (CMS) en el LHC presentó los resultados de las búsquedas de leptoquarks de tercera generación, donde cada LQ3 producido en las colisiones inicialmente se transformó en un par tau-top.

    Debido a que los colisionadores producen partículas y antipartículas al mismo tiempo, CMS buscó específicamente la presencia de pares leptoquark-antileptoquark en eventos de colisión que contienen los restos de un quark top, un quark antitop, un leptón tau y un leptón antitau. Más lejos, porque los leptoquarks nunca se han visto antes y sus propiedades siguen siendo un misterio, los físicos se basan en cálculos sofisticados basados ​​en parámetros conocidos para buscarlos. Estos parámetros incluyen la energía de las colisiones y los niveles de fondo esperados, restringido por los posibles valores para la masa y el giro de la partícula hipotética. A través de estos cálculos, los científicos pueden estimar cuántos leptoquarks podrían haberse producido en un conjunto de datos particular de colisiones protón-protón y cuántos podrían haberse transformado en los productos finales que sus detectores pueden buscar.

    "Los leptoquarks se han convertido en una de las ideas más tentadoras para ampliar nuestros cálculos, ya que permiten explicar varias anomalías observadas. En el LHC estamos haciendo todo lo posible para probar o excluir su existencia, "dice Roman Kogler, un físico de CMS que trabajó en esta búsqueda.

    Después de examinar los eventos de colisión en busca de características específicas, CMS no vio ningún exceso en los datos que pudieran apuntar a la existencia de leptoquarks de tercera generación. Por lo tanto, los científicos pudieron concluir que cualquier LQ3 que se transforme exclusivamente en un par de tau superior debería tener al menos 900 GeV en masa, o alrededor de cinco veces más pesado que el quark top, la partícula más pesada que hemos observado.

    Los límites impuestos por CMS a la masa de leptoquarks de tercera generación son los más estrictos hasta ahora. CMS también ha buscado leptoquarks de tercera generación que se transforman en un leptón tau y un quark inferior, concluyendo que tales leptoquarks deberían tener una masa de al menos 740 GeV. Sin embargo, Es importante señalar que este resultado proviene del examen de solo una fracción de los datos del LHC a 13 TeV, a partir de 2016. Las búsquedas adicionales de CMS y ATLAS que tengan en cuenta los datos de 2017, así como la próxima ejecución de 2018, garantizarán que el LHC pueda continuar probando las teorías sobre la naturaleza fundamental de nuestro universo.

    © Ciencia https://es.scienceaq.com