Cząstek jest dużo więcej, dużo więcej

Fizycy poszukują tajemniczych cząstek, które muszą przenosić informacje między pokoleniami kwarków i leptonów i są odpowiedzialne za ich wzajemne oddziaływanie. Poszukiwania nie są łatwe, ale nagrody za znalezienie leptokwarków mogą być ogromne.

We współczesnej fizyce na najbardziej podstawowym poziomie materia dzieli się na dwa rodzaje cząstek. Z jednej strony istnieją kwarki, które najczęściej wiążą się ze sobą, tworząc protony i neutrony, które z kolei tworzą jądra atomów. Z drugiej strony są leptony, czyli wszystko inne, co ma masę – od zwykłych elektronów, przez bardziej egzotyczne miony i tony, po słabe, prawie niewykrywalne neutrina.

W normalnych warunkach cząsteczki te pozostają razem. Kwarki wchodzą w interakcje głównie z innymi kwarki, oraz leptony z innymi leptonami. Fizycy podejrzewają jednak, że cząstek jest więcej niż członków wspomnianych klanów. Wiele więcej.

Jedna z tych niedawno zaproponowanych nowych klas cząstek nazywa się leptovarki. Nikt nigdy nie znalazł bezpośrednich dowodów na ich istnienie, ale naukowcy widzą pewne oznaki, że jest to możliwe. Gdyby udało się to ostatecznie udowodnić, leptokwarki wypełniłyby lukę między leptonami a kwarkami, wiążąc się z obydwoma rodzajami cząstek. We wrześniu 2019 r. na serwerze przedruków naukowych ar xiv eksperymentatorzy pracujący w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) opublikowali wyniki kilku eksperymentów mających na celu potwierdzenie lub wykluczenie istnienia leptokwarków.

Stwierdził to fizyk LHC Roman Kogler.

Jakie są te anomalie? Wcześniejsze eksperymenty w LHC, w Fermilabie i innych miejscach przyniosły dziwne wyniki — więcej zdarzeń związanych z produkcją cząstek niż przewiduje fizyka głównego nurtu. Leptokwarki rozpadające się na fontanny innych cząstek wkrótce po ich utworzeniu mogą wyjaśnić te dodatkowe zdarzenia. Praca fizyków wykluczyła istnienie pewnych typów leptokwarków, wskazując, że w wynikach nie pojawiły się jeszcze cząstki „pośrednie”, które wiązałyby leptony z określonymi poziomami energii. Warto pamiętać, że do przeniknięcia są jeszcze szerokie zakresy energii.

Cząsteczki międzypokoleniowe

Yi-Ming Zhong, fizyk z Boston University i współautor artykułu teoretycznego na ten temat z października 2017 r., opublikowanego w Journal of High Energy Physics jako „The Leptoquark Hunter's Guide”, powiedział, że chociaż poszukiwania leptokwarków są niezwykle interesujące , jest teraz zaakceptowany wizja cząstki jest zbyt wąska.

Fizycy cząstek elementarnych dzielą cząstki materii nie tylko na leptony i kwarki, ale także na kategorie, które nazywają „pokoleniami”. Kwarki górny i dolny, a także neutrino elektronowe i elektronowe to kwarki i leptony „pierwszej generacji”. Druga generacja obejmuje zaczarowane i dziwne kwarki, a także miony i neutrina mionowe. A wysokie i piękne kwarki, neutrina taonowe i taonowe tworzą trzecią generację. Cząstki pierwszej generacji są lżejsze i bardziej stabilne, podczas gdy cząstki drugiej i trzeciej generacji stają się coraz większe i mają krótszą żywotność.

Badania naukowe opublikowane przez naukowców z LHC sugerują, że leptokwarki przestrzegają reguł generacji rządzących znanymi cząstkami. Leptokwarki trzeciej generacji mogą łączyć się z taonem i pięknym kwarkiem. Drugą generację można łączyć z mionem i dziwnym kwarkiem. Itp.

Jednak Zhong w rozmowie z serwisem „Live Science” powiedział, że poszukiwania powinny zakładać ich istnienie. „Leptokwarki wielopokoleniowe”, przechodząc od elektronów pierwszej generacji do kwarków trzeciej generacji. Dodał, że naukowcy są gotowi zbadać tę możliwość.

Można by zapytać, po co szukać leptokwarków i co mogą one oznaczać. Teoretycznie bardzo duże. niektóre ponieważ teoria wielkiej unifikacji w fizyce przewidują istnienie cząstek, które łączą się z leptonami i kwarkami, zwanych leptokwarkami. Dlatego ich odkrycie może jeszcze nie zostać odnalezione, ale jest to niewątpliwie droga do Świętego Graala nauki.