CMS-Detektor am Large Hadron Collider setzt neue Grenzen für die Masse von Leptoquarks

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Die Grenzen sind einige der engsten bisher auf die Existenz der dritten Generation Leptoquarks.
Auf der grundlegendsten Ebene besteht die Materie aus zwei Arten von Teilchen: Leptonen, wie das Elektron, und Quarks, die sich zu Protonen, Neutronen und anderen zusammengesetzten Teilchen verbinden. Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik fallen sowohl Leptonen als auch Quarks in drei Generationen mit zunehmender Masse. Ansonsten sind die beiden Arten von Teilchen getrennt.

Einige Theorien, die das Standardmodell erweitern, sagen jedoch die Existenz neuer Teilchen, so genannter Leptoquarks, voraus, die Quarks und Leptonen vereinigen würden, indem sie mit beiden wechselwirken.
In einer neuen Arbeit berichtet die CMS-Kollaboration über die Ergebnisse ihrer jüngsten Suche nach Leptoquarks, die mit Quarks und Leptonen der dritten Generation (dem Top- und Bottom-Quark, dem Tau-Lepton und dem Tau-Neutrino) wechselwirken würden. Solche Leptoquarks der dritten Generation sind eine mögliche Erklärung für eine Reihe von Spannungen mit dem Standardmodell (oder “Anomalien”), die in bestimmten Umwandlungen von Teilchen namens B-Mesonen gesehen wurden, aber noch nicht bestätigt werden konnten.

Es gibt also einen zusätzlichen Grund, diese hypothetischen Teilchen aufzuspüren.

Das CMS-Team suchte nach Leptoquarks der dritten Generation in einer Datenprobe von Proton-Proton-Kollisionen, die vom Large Hadron Collider (LHC) bei einer Energie von 13 TeV erzeugt und vom CMS-Experiment zwischen 2016 und 2018 aufgezeichnet wurden. Konkret suchte das Team nach Paaren von Leptoquarks, die sich in ein Top- oder Bottom-Quark und ein Tau-Lepton oder Tau-Neutrino verwandeln, sowie nach einzelnen Leptoquarks, die zusammen mit einem Tau-Neutrino erzeugt werden und sich in ein Top-Quark und ein Tau-Lepton verwandeln.
Die CMS-Forscher fanden keinen Hinweis darauf, dass solche Leptoquarks in den Kollisionen entstanden sind. Allerdings konnten sie untere Grenzen für ihre Masse setzen: Sie fanden heraus, dass solche Leptoquarks eine Masse von mindestens 0,98-1,73 TeV haben müssten, abhängig von ihrem intrinsischen Spin und der Stärke ihrer Wechselwirkung mit einem Quark und einem Lepton.

Diese Grenzen gehören zu den bisher engsten für Leptoquarks der dritten Generation und erlauben es, einen Teil des Leptoquark-Massenbereichs, der die B-Meson-Anomalien erklären könnte, auszuschließen.
Die Suche nach Leptoquarks geht weiter.

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