Таинственные лептокварки могут связывать оба типа вещества

Физики охотятся на неуловимую частицу, которая сможет объяснить некоторые странные результаты, получаемые в ускорителях частиц. 

В современной физике, на базовом уровне, вещество делится на два типа частиц. Есть кварки, чаще всего соединяющиеся для формирования протонов и нейтронов, из которых состоят атомные ядра. А еще есть лептоны — все остальные частицы от обычных электронов до более экзотических мюонов, τ (тау) и практически нерегистрируемых нейтрино. Обычно эти частицы в основном имеют дело с себе подобными: кварки взаимодействуют с кварками, а лептоны — с лептонами.

Однако физики подозревают, что частиц куда больше. Один из предлагаемых классов называется лептокварками. Если они существуют, то способны проложить мост между лептонами и кварками, соединяясь с обоими типами частиц. Никто пока не находил прямого доказательства существования лептокварков, но у исследователей есть причины предполагать их наличие. В сентябре экспериментаторы БАК опубликовали в базе препринтов arXiv.org результаты нескольких экспериментов для подтверждения либо опровержения существования лептокварков.

«Лептокварки стали одной из самых привлекательных идей для расширения наших вычислений, так как они способны объяснить некоторые из наблюдаемых аномалий», — сообщил физик БАК Роман Коглер в работе.

Что же это за аномалии? Некоторые из прошлых экспериментов на БАК, в Фермилабе и других учреждениях показали странные результаты, в которых было больше «событий» создания частиц, чем предсказывали доминирующие физические теории. Лептокварки, которые могли преобразоваться во множество других частиц вскоре после формирования, способны объяснить эти события.

В поисках лептокварков исследователи БАК изучили огромные объемы данных. Уже опубликованные работы пока только исключили некоторые их типы, показав, что лептокварки, которые бы связывали лептоны и кварки на непосредственно высоких энергетических уровнях, еще не проявились. Но остаются очень широкие диапазоны для изучения.

Физики разделяют частицы материи не только на лептоны и кварки, но и на «поколения». Верхний и нижний кварки, электрон и электронное нейтрино — первое поколение кварков и лептонов. Во второе поколение входят странный и очарованный кварки, мюон и мюонное нейтрино. В третье поколение входят истинный и прелестный кварки, τ (тау) и τ-нейтрино. Первое поколение легче и стабильнее, тогда как второе и третье поколения — массивные и недолговечные.

Поиски лептокварков, результаты которых опубликованы исследователями БАК, предполагают, что они следуют правилам поколений, главенствующим над известными частицами. Лептокварк третьего поколения может соединяться с τ (тау) и прелестным кварком. Лептокварк второго поколения способен соединяться с мюоном и странным кварком. И так далее. Охота продолжается.