렙토크

Leptoquark

렙토크(LQ)는 쿼크와 렙톤과 상호작용하는 가상의 입자입니다.렙토카크는 렙톤과 바리온 숫자를 모두 가지고 있는 컬러 트리플렛 보손입니다.스핀, (프랙셔널) 전하, 약한 아이소스핀과 같은 다른 양자수는 이론마다 다르다.렙토카크는 테크니컬러 이론, 쿼크-렙톤 통일 이론(예: 파티-살람 모델), SU(5), SO(10), E6 등에 기반한 GUT 등 표준 모델의 다양한 확장에서 볼 수 있다.렙토쿠크는 현재 CERN의 대형 강입자 충돌기에서 ATLAS와 CMS 실험을 통해 검색되고 있습니다.

2021년 3월, 아름다운 쿼크가 전자나 뮤온을 생성하기 위해 어떻게 부패하는지에 대한 예상치 못한 차이로서 렙토카크의 존재 가능성을 암시하는 보고가 있었다.측정은 3.1µ의 통계적 유의성으로 이루어졌으며, 이는 일반적으로 [1]발견으로 간주되는 5µ의 수준을 훨씬 밑돈다.

개요

만약 존재한다면, 렙토쿠크는 현재 알려진 모든 소립자보다 더 무거울 것이다. 그렇지 않았다면 이미 발견되었을 것이다.LQ 질량에 대한 현재 실험 하한(유형에 따라 다름)은 약 1TeV/c이다2(즉, 양성자 질량의 약 1000배).정의상 렙토카크는 쿼크와 렙톤 또는 안티렙톤으로 직접 붕괴된다.대부분의 다른 소립자처럼 그들은 매우 짧은 시간 동안 살며 평범한 물질에는 존재하지 않는다.하지만, 그것들은 입자 충돌기나 지구 대기에 부딪히는 우주선에서와 같은 고에너지 입자 충돌로 생성될 수 있다.

쿼크처럼, 렙토크도 색을 띠어야 하고 따라서 글루온과 상호작용해야 합니다.이러한 강력한 상호작용은 하드론 충돌기(테바트론 또는 LHC 등)에서의 생산에 중요합니다.

단순화된 유형(전하에 따라 다름)

전하에 따라 여러 종류의 렙토코크를 고려할 수 있습니다.

  • Q=5/3: 이러한 LQ는 업형 쿼크(u2/3, c2/3, t2/3)와 하전 렙톤(e−−, μ, δ−)으로 분해된다.
  • Q=2/3: LQ는 업형 쿼크와 중성미자(또는 안티뉴트리노) 및/또는 다운형 쿼크(d−1/3, s−1/3, b−1/3) 및 하전 렙톤으로 분해된다.
  • Q=-1/3: LQ는 다운형 쿼크 및 (반) 중성미자 및/또는 업형 쿼크 및 대전된 항알레프톤으로 분해된다.
  • Q=-4/3: LQ는 다운형 쿼크와 대전된 항립톤으로 분해됩니다.

소정의 전하를 가진 LQ가 존재한다면, 그 반대 전하를 가진 반입자 또한 존재해야 하며, 이는 위에 열거된 것과 공역 상태로 붕괴될 것이다.

일반적으로 주어진 전하를 가진 렙토카크는 주어진 전하를 가진 렙톤과 쿼크의 어떤 조합과도 상호작용할 수 있다(이는 단일 유형의 LQ에서 최대 3×3=9개의 뚜렷한 상호작용을 일으킨다).그러나 실험 검색에서는 일반적으로 이러한 "채널" 중 하나만 가능하다고 가정합니다.특히 전자와 d쿼크로 분해되는 2/3 전하 렙토카크를 '1세대 LQ', s쿼크로 분해되는 렙토카크를 '2세대 LQ' 등으로 한다.그럼에도 불구하고, 대부분의 이론은 LQ가 단 하나의 상호작용을 가지고 있고 관련된 쿼크와 렙톤의 발생이 [2]동일하다고 믿는 이론적 동기를 많이 가져오지 않는다.

렙토크 및 양성자 붕괴

순수한 렙토쿠크의 존재는 바리온수 보존을 망치지 않을 것이다.하지만, 어떤 이론들은 렙토카크가 다이쿼크 상호작용 정점을 갖는 것을 허용하거나 요구합니다.예를 들어, Q=2/3 하전 렙토카크는 두 개의 d형 반동물로 붕괴될 수 있다.그러한 렙토크-다이쿼크가 존재한다면 양성자가 붕괴될 것이다.양성자 수명에 대한 현재의 한계는 이러한 렙토크-다이쿼크의 존재에 대한 강력한 탐사이다.이러한 필드는 대통일 이론에서 나타납니다. 예를 들어, Georgi-Glashow SU(5) 모델에서는 X 및 Y 보손이라고 합니다.

실험 검색

1997년, HERA 가속기에서 일어난 과도한 사건들은 입자 물리학계를 떠들썩하게 했다. 왜냐하면 그 초과에 대한 가능한 설명 중 하나가 렙토크([3]leptokark)의 개입이었기 때문이다.그러나 이후 HERA와 테바트론에서 더 큰 데이터 샘플을 사용하여 수행된 연구는 약 275–[4]325 GeV까지의 렙토크 질량에 대한 가능성을 배제했다.2세대 렙토크 또한 찾았지만 [5]발견되지 않았다.

현재 렙토쿠크에 대한 최선의 제한은 LHC에 의해 정해졌다. LHC는 1세대, 2세대, 3세대 렙토쿠크와 일부 혼합세대 렙토쿠크를[6] 찾고 있으며 질량 하한선을 약 [7]1TeV로 높였다.중성미자와 쿼크에 결합하는 렙토크들이 존재함을 증명하기 위해서는 중성미자에 기인하는 입자 충돌에서 손실된 에너지가 지나치게 강해야 한다.렙토쿠크의 생성은 거대한 [8]쿼크의 생성과 유사할 가능성이 있다.

전자 및 업 또는 다운 쿼크에 결합하는 렙토크에서는 원자 패리티 위반 및 패리티 위반 전자 산란 실험이 최선의 한계를 설정합니다.

기존 LHC 양성자 고리와 번들을 충돌시키기 위해 전자 고리를 추가하는 LHeC 프로젝트는 차세대 [9]렙토크 발굴 사업으로 제안됐다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Johnston, Hamish (23 March 2021). "Has a new particle called a 'leptoquark' been spotted at CERN?". Physics World. Archived from the original on 24 March 2021.
  2. ^ Diaz, B.; Schmaltz, M.; Zhong, Y.-M. (2017). "The leptoquark hunter's guide: pair production". Journal of High Energy Physics. 97 (10): 97. arXiv:1706.05033. Bibcode:2017JHEP...10..097D. doi:10.1007/JHEP10(2017)097. S2CID 118894139.
  3. ^ Horgan, John (24 March 1997). "Leaping leptoquarks! Hints of "new physics" emerge from German accelerators". Scientific American.
  4. ^ Andreev, V.; et al. (H1 Collaboration) (2005). "Search for leptoquark bosons in e p collisions at HERA". Physics Letters B. 629 (1): 9–19. arXiv:hep-ex/0506044. Bibcode:2005PhLB..629....9H. doi:10.1016/j.physletb.2005.09.048. S2CID 119363170.
  5. ^ "The search for leptoquarks". Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab).
  6. ^ Tanabashi, M.; et al. (Particle Data Group) (2018). "Review of Particle Physics: Leptoquark quantum numbers" (PDF). Physical Review D. 98 (3): 030001. doi:10.1103/PhysRevD.98.030001.
  7. ^ "Leptoquarks review" (PDF). Berkeley, California: Lawrence Berkeley National Laboratory. 2016.
  8. ^ Hedin, David. "Search for third generation leptoquarks". DeKalb, IL: Northern Illinois University. Retrieved 5 March 2020.{{cite web}}: CS1 maint :url-status (링크)
  9. ^ "Birmingham LHeC project page".