Лептокварк - Leptoquark

Лептокварки (LQ) - это гипотетические частицы, которые будут взаимодействовать с кварки и лептоны. Лептокварки цветно-триплетные бозоны которые несут оба лептон и барионные числа. Другой их квантовые числа, подобно вращение, (дробное) электрический заряд и слабый изоспин варьируются между теориями. Лептокварки встречаются в различных расширениях Стандартная модель, Такие как разноцветный теории, теории кварк-лептонного объединения (например, Модель Пати – Салам ), или же Кишки на основе SU (5), ТАК (10), E6 и др. Сейчас поиск лептокварков ведется экспериментально. Атлас и CMS на Большой адронный коллайдер в ЦЕРН.

Обзор

Лептокварки (ЛК), если они существуют, должны быть тяжелее всех известных в настоящее время элементарные частицы - иначе они уже были бы обнаружены. Текущие экспериментальные нижние пределы массы LQ (в зависимости от их типа) составляют около 1 ТэВ / c2 (т.е. примерно в 1000 раз больше, чем протон масса) .По определению лептокварки непосредственно разлагаться в кварк и лептон или антилептон. Поэтому, как и большинство других элементарные частицы, они живут очень недолго и не присутствуют в обычном веществе. Однако они могут образовываться при столкновении частиц с высокой энергией, таких как коллайдеры или в космические лучи прибытие в атмосферу Земли.

Как и кварки, лептокварки должны нести цвет и поэтому взаимодействовать с глюоны. Этот сильное взаимодействие их важна для их производства на адрон коллайдеры (Такие как Теватрон или же LHC ).

Упрощенная типология (по электрическому заряду)

Несколько видов лептокварков в зависимости от их электрический заряд, можно считать:

  • Q = 5/3: Такой LQ распадается на кварки up-типа (ты2/3, c2/3, т2/3 ) и заряженных лептонов (е-, μ-, τ- ).
  • Q = 2/3: LQ распадается на кварки up-типа и нейтрино (или антинейтрино), и / или кваркам нижнего типа (d-1/3, s-1/3, б-1/3 ) и заряженных лептонов.
  • Q = -1 / 3: LQ распадается на кварки нижнего типа и (анти) нейтрино и / или на кварк верхнего типа и заряженный антилептон.
  • Q = -4 / 3: LQ распадается на кварки нижнего типа и заряженные антилептоны.

Если LQ с заданным зарядом существует, также его античастица с противоположным зарядом должен существовать, который распался бы на сопряженные состояния к перечисленным выше.

Лептокварк с заданным электрическим зарядом может, как правило, взаимодействовать с любой комбинацией лептона и кварка с заданными электрическими зарядами (это дает до 3x3 = 9 различных взаимодействий одного типа LQ). Однако экспериментальный поиск обычно предполагает, что возможен только один из этих «каналов». В частности, 2/3-заряженный лептокварк, распадающийся на электрон и d кварк называется "первым поколение LQ », лептокварк, распадающийся на кварк и мюон представляет собой "LQ второго поколения" и т. д. Тем не менее, большинство теорий не дают большой теоретической мотивации полагать, что LQ имеют только одно взаимодействие и что поколение вовлеченного кварка и лептона то же самое.[1]

Лептокварки и распад протона

Существование чистых лептокварков не испортит барионное число сохранение. Однако некоторые теории допускают (или требуют, чтобы) лептокварк также имел вершину взаимодействия дикварка. Например, заряженный лептокварк с Q = 2/3 также может распадаться на два антикварка d-типа. Существование такого лептокварк-дикварка вызвало бы протоны распадаться. Текущие ограничения на время жизни протонов являются сильным доказательством существования этих лептокварков-дикварков. Эти поля появляются в Теории великого объединения; например, в Модель Георги – Глэшоу SU (5), они называются X- и Y-бозоны.

Экспериментальные поиски

В 1997 году эксцесс на ускорителе HERA вызвал ажиотаж в физика элементарных частиц сообщества, поскольку одним из возможных объяснений избытка было участие лептокварков.[2] Однако более поздние исследования, проведенные как в HERA, так и в Теватрон при больших выборках данных эта возможность исключена для масс лептокварка до 275–325 ГэВ.[3] Лептокварки второго поколения также искали и не обнаружили.[4]

Текущие лучшие ограничения на лептокварки устанавливаются LHC, который занимался поиском лептокварков первого, второго и третьего поколений и некоторых лептокварков смешанного поколения.[5]и подняли нижний предел массы примерно до 1 ТэВ.[6] Для доказательства существования лептокварков, взаимодействующих с нейтрино и кварком, недостающая энергия при столкновении частиц, приписываемая нейтрино, должна быть чрезмерно высокой. Вполне вероятно, что создание лептокварков имитирует создание массивных кварков.[7]

Для лептокварков, взаимодействующих с электронами и верхними или нижними кварками, эксперименты с нарушением четности атомов и рассеянием электронов с нарушением четности устанавливают наилучшие пределы.

В LHeC проект по добавлению электронного кольца для столкновения сгустков с существующими LHC протонное кольцо предлагается как проект по поиску лептокварков более высокого поколения.[8]


Смотрите также


Рекомендации

  1. ^ Diaz, B .; Schmaltz, M .; Чжун, Ю.-М. (2017). «Путеводитель охотника за лептокварками: производство пар». Журнал физики высоких энергий. 97 (10). arXiv:1706.05033. Дои:10.1007 / JHEP10 (2017) 097. S2CID  118894139.
  2. ^ Хорган, Джон (24 марта 1997 г.). «Прыгающие лептокварки! На немецких ускорителях появляются намеки на« новую физику »». Scientific American.
  3. ^ Андреев, В .; Anthonis, T .; Аплин, С .; Asmone, A .; Аствацатуров, А .; Бабаев, А .; и другие. (Сотрудничество H1) (2005). «Поиск лептокварковых бозонов в e p-столкновениях на HERA». Письма по физике B. 629: 9–19. arXiv:hep-ex / 0506044. Bibcode:2005ФЛБ..629 .... 9Ч. Дои:10.1016 / j.physletb.2005.09.048. S2CID  119363170.
  4. ^ «Поиск лептокварков». Национальная ускорительная лаборатория Ферми (Фермилаб).
  5. ^ «Квантовые числа лептокварка» (PDF). Обзор физики элементарных частиц. 2018.[требуется полная цитата ]
  6. ^ «Обзор Лептокварков» (PDF). Беркли, Калифорния: Национальная лаборатория Лоуренса Беркли. 2016 г.
  7. ^ Хедин, Дэвид, проф. «Поиск лептокварков третьего поколения». ДеКалб, Иллинойс: Университет Северного Иллинойса. Получено 5 марта 2020.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  8. ^ "Страница проекта Birmingham LHeC".