I fisici sono alla ricerca di una particella sfuggente che oscilla in entrambe le direzioni e, se la trovano, potrebbe spiegare diversi risultati bizzarri trovati negli smashers dell'atomo in tutto il mondo.
Nella fisica moderna, la materia è divisa al suo livello più elementare in due tipi di particelle: da un lato ci sono quark, che molto spesso si uniscono per formare protoni e neutroni, che a loro volta formano i nuclei degli atomi. D'altra parte sono leptoni. Questi includono tutto il resto con massa - dagli elettroni comuni ai muoni e taus più esotici, ai neutrini deboli, quasi inosservabili. In circostanze normali, queste particelle si attaccano principalmente al loro stesso tipo; i quark interagiscono principalmente con altri quark e leptoni con altri leptoni.
Ma i fisici sospettano che ci siano più particelle là fuori. Molto più. E una di quelle classi di particelle proposte si chiama leptoquark. Se esistessero, i leptoquark colmerebbero il divario tra leptoni e quark, accoppiandosi con entrambi i tipi di particelle. Nessuno ha mai trovato prove dirette dell'esistenza di leptoquark, ma i ricercatori hanno motivo di sospettare che siano là fuori. A settembre, gli sperimentatori del Large Hadron Collider (LHC) hanno pubblicato i risultati di numerosi esperimenti nel giornale di prestampa arXiv progettato per provare o confutare la loro esistenza.
"I Leptoquark sono diventati una delle idee più allettanti per estendere i nostri calcoli, in quanto consentono di spiegare diverse anomalie osservate", ha dichiarato Roman Kogler, fisico dell'LHC, in una nota.
Quali sono queste anomalie? Esperimenti passati presso l'LHC, Fermilab e altrove hanno prodotto strani risultati, con più "eventi" in cui sono state create particelle di quanto previsto dalle teorie della fisica dominante. I Leptoquark, che si scomporrebbero in docce di altre particelle subito dopo la loro creazione, potrebbero spiegare quegli eventi extra.
Per dare la caccia al leptoquark, i ricercatori dell'LHC passano al setaccio enormi volumi di dati. L'LHC rompe i protoni con energie estremamente elevate, e la speranza è che nel tempo emergeranno modelli nei dati da quelle collisioni che mostrerebbero occasionalmente dei leptoquark, apparire brevemente in quella fiammata creativa.
Finora, i nuovi articoli rilasciati hanno escluso solo alcuni tipi di leptoquark, dimostrando che i leptoquark che legano i leptoni ai quark a determinati livelli di energia - non sono ancora emersi. Ma ci sono ancora ampie gamme di energia da esplorare.
Yiming Zhong, fisico dell'Università di Boston e co-autore di un documento teorico dell'ottobre 2017 pubblicato su The Journal of High Energy Physics intitolato The Leptoquark Hunter's Guide, ha detto che mentre è eccitante vedere i ricercatori LHC cacciare leptoquark, pensa che la loro visione di la particella multicoupling è troppo stretta.
I fisici delle particelle dividono le particelle di materia non solo in leptoni e quark, ma anche in categorie che chiamano "generazioni". I quark up e down, così come l'elettrone e il neutrino elettronico, sono quark e leptoni di "prima generazione". La seconda generazione include fascino e strani quark, nonché muoni e neutrini muonici. E i quark top, quark bottom, taus e tau neutrinos formano la terza generazione, secondo il CERN, l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, che gestisce l'LHC. Le particelle di prima generazione sono più leggere e più stabili, mentre la seconda e la terza generazione hanno una massa maggiore e una vita più breve.
Le ricerche sui leptoquark pubblicate dall'LHC presuppongono tutte che i leptoquark seguano regole generazionali che governano le particelle conosciute. Un leptoquark di terza generazione potrebbe accoppiarsi con un tau e un quark bottom. Una seconda generazione potrebbe accoppiarsi con un muone e uno strano quark. E così via.
Ma Zhong ha detto a Live Science che qualsiasi caccia completa ai leptoquark deve presumere che "i leptoquark multigenerazionali" possano essere là fuori, oscillando selvaggiamente forse dagli elettroni di prima generazione ai quark bottom di terza generazione. Ha detto di aver sentito delle voci secondo cui i ricercatori là fuori sono pronti per iniziare una simile ricerca, ma che nessuno dei documenti ancora pubblicati dall'LHC riflette quell'apertura alla possibilità.
Nel frattempo, i leptoquark potrebbero essere là fuori, accoppiandosi brevemente con le particelle che scelgono prima di scomparire in un lampo. O potrebbero non farlo. Per ora, la caccia al leptoquark è ancora attiva.
