Введение
Гипотетическая частица
Лептокварки — это гипотетические частицы, которые взаимодействуют с кварками и лептонами. Лептокварки являются бозонами, образующими цветовой триплет, и переносят как лептоновые, так и барионные числа. Другие их квантовые числа, такие как спин, (дробный) электрический заряд и слабый изоспин, различаются в разных моделях. Лептокварки возникают в различных расширениях Стандартной модели, таких как теории техницвета, теории объединения кварков и лептонов (например, модель Пати-Салама) или GUT, основанные на SU(5), SO(10), E6 и т.д. В настоящее время лептокварки исследуются в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. В марте 2021 года появились сообщения, указывающие на возможное существование лептокварков, как на неожиданное отличие в распаде нижних кварков на электроны или мюоны. Статистическая значимость этого измерения составила 3,1σ, что значительно ниже уровня 5σ, обычно требуемого для открытия.
Leptoquarks are hypothetical particles that would interact with quarks and leptons. Leptoquarks are color triplet bosons that carry both lepton and baryon numbers. Their other quantum numbers, like spin, (fractional) electric charge and weak isospin vary among models. Leptoquarks are encountered in various extensions of the Standard Model, such as technicolor theories, theories of quark–lepton unification (e. g., Pati–Salam model), or GUTs based on SU(5), SO(10), E6, etc. Leptoquarks are currently searched for in experiments ATLAS and CMS at the Large Hadron Collider in CERN. In March 2021, there were some reports to hint at the possible existence of leptoquarks as an unexpected difference in how bottom quarks decay to create electrons or muons. The measurement has been made at a statistical significance of 3.1σ, which is well below the 5σ level that is usually considered a discovery.
Обзор
Лептокварки, если они существуют, должны быть тяжелее любой из известных в настоящее время элементарных частиц, иначе они уже были бы обнаружены. Современные экспериментальные нижние пределы массы лептокварков (в зависимости от их типа) составляют около 1 (то есть примерно в 1000 раз больше массы протона). По определению, лептокварки распадаются непосредственно на кварк и лептон или антилептон. Как и большинство других элементарных частиц, они живут очень недолго и не встречаются в обычной материи. Однако они могут образовываться при высокоэнергетических столкновениях частиц, например, в коллайдерах или при взаимодействии космических лучей с атмосферой Земли. Подобно кваркам, лептокварки должны обладать цветовым зарядом и, следовательно, взаимодействовать с глюонами. Это сильное взаимодействие играет важную роль в их производстве в адронных коллайдерах (таких как Теватрон или LHC).
Лептокварки и распад протонов
Существование чистых лептокварков не нарушит сохранение барионного числа. Однако некоторые теории допускают (или требуют), чтобы лептокварк также обладал вершиной взаимодействия с дикварками. Например, лептокварк с зарядом Q = 2/3 может также распадаться на два антикварка d-типа. Существование такого лептокварка, взаимодействующего с дикварками, привело бы к распаду протонов. Современные ограничения на время жизни протона являются сильным ограничением на существование этих лептокварков-дикварков. Эти поля возникают в теориях великого объединения; например, в модели Георги — Глашо SU(5) они называются бозонами X и Y.