LeptoquarkLeptoquarcul este o particulă ipotetică, un amalgam straniu între mult mai familiarii leptoni şi quarcuri şi care ar împrumuta din caracteristicile ambelor la fel cum ornitorincul prezintă trăsături specifice atât păsărilor, cât şi mamiferelor.

 

 

 

Toţi atomii din corpul nostru sunt făcuţi din electroni, protoni şi neutroni, iar protonii şi neutronii pot fi mai departe divizaţi în quarcuri. În esenţă, deci, suntem făcuţi din două tipuri de particule: electroni şi quarcuri. Dar ce înseamnă aceste nume? De ce spunem că electronii şi quarcurile sunt diferiţi unii faţă de alţii?

Oamenii de ştiinţă definesc particulele în funcţie de modul în care ele interacţionează. Seamănă cu catalogarea vieţii sălbatice de pe un continent nou descoperit: prima dată totul e ciudat, dar în cele din urmă realizăm cum pot fi grupate speciile în diverse tipuri. Unele animale măcăie şi merg legănat, iar noi le numim raţe, pe când altele sunt blănoase şi construiesc baraje, iar noi alegem să le numim castori. Când fizicienii au explorat pentru prima dată lumea subatomică, ei au observat că există două tipuri principale de interacţiuni nucleare, una mult mai puternică decât cealaltă. De atunci ele se numesc forţa slabă şi forţa tare pentru că nu s-au găsit nume mai bune.

 

Leptoni si quarcuri

Leptonii şi quarcurile se încadrează în trei generaţii de dublete bazat pe modul în care interacţionează cu forţa slabă. Fizicienii nu ştiu de ce ambele tipuri de particule urmează acelaşi model.


Particulele de materie au fost grupate în mod asemănător în două clase, leptoni şi hadroni, nume care provin din cuvintele greceşti pentru mic şi mare. Straniu e că leptonii par să fie complet neafectaţi de forţa tare, în timp ce hadronii sunt în totalitate dominaţi de ea. Deşi leptonii, cum e banalul electron, pot să se transforme în alţi leptoni – miuoni, tau şi neutrini – numărul total de leptoni din univers pare să fie constant (numărând un lepton de materie ca plus unu şi un lepton de antimaterie ca minus unu). Acelaşi lucru este adevărat, în mod independent, şi pentru quarcuri, constituenţii fundamentali ai hadronilor. Ar putea exista un motiv profund pentru această similaritate, dar acesta nu este cunoscut încă.





Eveniment lepton-jet la CMS

Leptoquarcurile ar fi produse în perechi, iar fiecare s-ar descompune într-un lepton (de pildă un electron) şi un quarc (care devine un jet). Acesta este unul dintre evenimentele asemănătoare unui leptoquarc descoperite în baza de date a CMS (Compact Muon Solenoid). Sunt întâlnite prea puţine astfel de cazuri pentru a elimina explicaţiile din fizica standard.

Asemănarea dintre leptoni şi quarcuri este şi mai evidentă când îi aranjăm după modul în care interacţionează cu forţa slabă. Mulţi fizicieni suspectează că similaritatea dintre leptoni şi hadroni nu este un accident şi că ei ar putea fi într-un fel conectaţi. Dacă este aşa, atunci ar putea exista o nouă particulă ce este puţin din ambele - un „leptoquarc”. Un astfel de fenomen ar fi la fel de şocant precum descoperirea ornitorincului, un mamifer care face ouă asemenea unei raţe şi totuşi este blănos precum un castor.

Fizicienii au căutat leptoquarcurile de ani de zile, însă nu au găsit niciodată unul. Dacă chiar există, atunci ei ar trebui să aibă o masă mai mare decât au reuşit să atingă experimentele precedente. Leptoquarcurile ar putea chiar să permită materiei obişnuite să se descompună spontan, ceva ce nu a fost niciodată observat. Dacă leptoquarcurile au o masă mai mare, atunci fluctuaţiile din materia obişnuită ar putea-o atinge rar şi descompunerile ar fi prea puţin frecvente să fi fost observate. Ambele aspecte indică spre o scară de energie înaltă, aşa că merită ca la LHC (Large Hadron Collider), cel mai mare accelerator din lume, să se încerce căutarea leptoquarcurilor.

CMS a căutat prin toate datele colectate în 2011, ceea ce corespunde cu aproximativ 500 de trilioane de coliziuni proton-proton. Eu au căutat evenimente în care un leptoquarc şi un anti-leptoquarc erau produşi de energia coliziunii, fiecare descompunându-se într-un lepton şi un quarc (sau în corespondenţii lor de antimaterie). Unii leptoni, precum electronul, lasă o urmă vizibilă în detectorul CMS, pe când ceilalţi, precum neutrino, sunt invizibili pentru detector şi trebuie deduşi dintr-un dezechilibru al rămăşiţelor. Un quarc produce întotdeauna un veritabil spray de particule cunoscut sub numele de jet.

Căutarea a avut ca rezultat localizarea câtorva evenimente cu aceste caracteristici, însă nu mai mult decât ar fi fost de aşteptat din procesele fizice cunoscute. Prin urmare, acest rezultat stabileşte cele mai stricte limite de până acum pentru masa leptoquarcurilor. CMS munceşte deja din greu la examinarea datelor colectate în 2012, în care energia coliziunilor de protoni este mai mare şi deci capabilă să producă leptoquarcuri mai masive, dacă acestea există.

De ce să răscoleşti un munte de date pentru a căuta o particulă care ar putea să nu existe? Pentru a-l parafraza pe George Mallory, „pentru că ar putea fi acolo.”





Traducere realizată de Răzvan Gavrilă după platypus-particle, cu acordul Phys.org.

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.