Fysikere jakter på en unnvikende partikkel som svinger begge veier, og hvis de finner den, kan det forklare flere bisarre resultater som ble funnet hos atomsugere rundt om i verden.
I moderne fysikk er stoff delt på sitt mest grunnleggende nivå i to typer partikler: På den ene siden er kvarker, som oftest binder seg sammen for å danne protoner og nøytroner, som igjen utgjør atomkjerne. På den annen side er leptoner. Disse inkluderer alt annet med masse - fra vanlige elektroner til de mer eksotiske muoner og taus, til svake, nesten ikke påvisbare nøytrinoer. Under normale omstendigheter holder disse partiklene seg hovedsakelig til sin egen art; kvarker samhandler først og fremst med andre kvarker, og leptoner med andre leptoner.
Men fysikere mistenker at det er flere partikler der ute. Mye mer. Og en av de foreslåtte klasser av partikler kalles leptoquark. Hvis de eksisterer, ville leptoquarks bygge bro mellom leptonene og kvarkene og koblet til begge slags partikler. Ingen har noen gang funnet direkte bevis for eksistensen av leptoquarks, men forskere har grunn til å mistenke at de er der ute. I september publiserte eksperimentalister ved Large Hadron Collider (LHC) resultatene fra flere eksperimenter i preprint-tidsskriftet arXiv designet for å enten bevise eller motbevise deres eksistens.
"Leptoquarks har blitt en av de mest pirrende ideene for å utvide beregningene våre, ettersom de gjør det mulig å forklare flere observerte avvik," sa Roman Kogler, fysiker ved LHC, i en uttalelse.
Hva er de anomaliene? Tidligere eksperimenter på LHC, Fermilab og andre steder har dukket opp rare resultater, med flere "hendelser" der partikler ble skapt enn de dominerende fysikkteoriene spådde. Leptoquarks, som vil bryte ned i dusjer av andre partikler like etter opprettelsen, kan forklare de ekstra hendelsene.
For å jakte på leptoquark, siler forskere ved LHC gjennom enorme datamengder. LHC smadrer sammen protoner med ekstremt høye energier, og håpet er at over tid mønstre vil dukke opp i dataene fra de kollisjonene som skulle vise at leptoquarks innimellom, kort vises i den kreative brannen.
Så langt har nylig utgitte avhandlinger bare utelukket visse typer leptoquarks, som viser at leptoquarks som ville binde leptoner til kvarks på bestemte energinivåer - ennå ikke har kommet frem. Men det er fortsatt mange energiområder å utforske.
Yiming Zhong, fysiker ved Boston University og medforfatter for en teoretisk artikkel fra oktober 2017 publisert i The Journal of High Energy Physics med tittelen The Leptoquark Hunter's Guide, sa at selv om det er spennende å se LHC-forskere jakte på leptoquarks, synes han deres visjon om multikoblingspartikkelen er for smal.
Partikkelfysikere deler stoffpartikler ikke bare i leptoner og kvarker, men også i kategorier de kaller "generasjoner." De opp og ned kvarkene, så vel som elektron- og elektronneutrino, er "førstegenerasjons" kvarker og leptoner. Den andre generasjonen inkluderer sjarm og rare kvarker, så vel som muoner og muonneutrinoer. Og toppkvarker, bunnkvarker, taus og tau-nøytrinoer utgjør den tredje generasjonen, ifølge CERN, European Organization for Nuclear Research, som driver LHC. Første generasjons partikler er lettere og mer stabile, mens andre og tredje generasjon er mer massive og kortere.
Leptoquark-søkene publisert av LHC antar alle at leptoquarks følger generasjonsregler som styrer de kjente partiklene. En tredje generasjons leptoquark kan kanskje koble seg med en tau og en bunnkvark. En andre generasjon man kan koble seg sammen med en muon og en merkelig kvark. Og så videre.
Men Zhong fortalte Live Science at enhver fullstendig leptoquark-jakt må anta at "multigenerasjon leptoquarks" kunne være der ute, og svinge vilt kanskje fra første generasjons elektron til tredje generasjons bunnkvark. Han sa at han hadde hørt rykter om at forskere der ute er klare til å starte et slikt søk, men at ingen av papirene som ennå er utgitt fra LHC, gjenspeiler den åpenheten for muligheten.
I mellomtiden kan det hende at leptoquarks er der ute, og kobler dem kort med hvilke partikler de velger før de forsvinner på et blunk. Eller de kan ikke. Foreløpig er leptoquark-jakten fortsatt på.
