Il rilevatore CMS (Immagine: CERN)

Al livello più fondamentale, la materia è costituita da due tipi di particelle: i leptoni, come l’elettrone, e i quark, che si combinano per formare protoni, neutroni e altre particelle composte. Secondo il Modello Standard della fisica delle particelle, sia i leptoni che i quark rientrano in tre generazioni di massa crescente. Altrimenti, i due tipi di particelle sono distinti. Ma alcune teorie che estendono il Modello Standard prevedono l’esistenza di nuove particelle chiamate leptoquarks che unificherebbero i quark e i leptoni interagendo con entrambi.

In un nuovo articolo, la collaborazione CMS riporta i risultati della sua ultima ricerca di leptoquarks che interagirebbero con quark e leptoni di terza generazione (il quark superiore e inferiore, il leptone tau e il neutrino tau). Tali leptoquarks di terza generazione sono una possibile spiegazione per una serie di tensioni con il Modello Standard (o “anomalie”), che sono state riscontrate in alcune trasformazioni di particelle chiamate mesoni B, ma non sono ancora state confermate. C’è quindi una ragione in più per dare la caccia a queste ipotetiche particelle.

Il team del CMS ha cercato leptoquark di terza generazione in un campione di dati di collisioni protone-protone che sono state prodotte dal Large Hadron Collider (LHC) ad un’energia di 13 TeV e sono state registrate dall’esperimento CMS tra il 2016 e il 2018. In particolare, il team ha cercato coppie di leptoquark che si trasformano in un quark superiore o inferiore e un leptone tau o neutrino tau, così come singoli leptoquark che vengono prodotti insieme a un neutrino tau e si trasformano in un quark superiore e un leptone tau.

I ricercatori del CMS non hanno trovato alcuna indicazione che tali leptoquark siano stati prodotti nelle collisioni. Tuttavia, sono stati in grado di fissare limiti inferiori alla loro massa: hanno trovato che tali leptoquark avrebbero dovuto avere una massa di almeno 0,98-1,73 TeV, a seconda del loro spin intrinseco e della forza della loro interazione con un quark e un leptone. Questi limiti sono alcuni dei più stretti ancora sui leptoquarchi di terza generazione e permettono di escludere parte della gamma leptoquark-massa che potrebbe spiegare le anomalie B-mesoniali.

La ricerca dei leptoquarchi continua.

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