Fysikere er på jagt efter en undvigende partikel, der svinger begge veje, og hvis de finder det, kan det forklare adskillige bisarre resultater, der findes hos atomsvækkere verden over.
I moderne fysik er stof opdelt på sit mest basale niveau i to typer partikler: På den ene side er kvarker, der oftest binder sig sammen til dannelse af protoner og neutroner, som igen udgør atomkernerne. På den anden side er leptoner. Disse inkluderer alt andet med masse - fra almindelige elektroner til de mere eksotiske muoner og taus til svage, næsten uopdagelige neutrinoer. Under normale omstændigheder klæber disse partikler hovedsageligt til deres egen art; kvarker interagerer primært med andre kvarker og leptoner med andre leptoner.
Men fysikere mistænker, at der er flere partikler derude. Meget mere. Og en af de foreslåede klasser af partikler kaldes leptoquark. Hvis de findes, ville leptoquarks bygge bro mellem leptonerne og kvarkerne sammen med begge slags partikler. Ingen har nogensinde fundet direkte bevis for eksistensen af leptoquarks, men forskere har grund til at formode, at de er derude. I september offentliggjorde eksperimenter i Large Hadron Collider (LHC) resultaterne af flere eksperimenter i preprint-tidsskriftet arXiv designet til enten at bevise eller modbevise deres eksistens.
"Leptoquarks er blevet en af de mest fristende ideer til at udvide vores beregninger, da de gør det muligt at forklare adskillige observerede afvigelser," sagde Roman Kogler, en fysiker ved LHC, i en erklæring.
Hvad er disse afvigelser? Tidligere eksperimenter på LHC, Fermilab og andre steder har vist mærkelige resultater med flere "begivenheder", hvor partikler blev skabt end de dominerende fysiksteorier forudsagte. Leptoquarks, der ville nedbrydes i brusere af andre partikler kort efter deres oprettelse, kan muligvis forklare disse ekstra begivenheder.
For at jage leptoquark sigter forskere ved LHC gennem enorme mængder data. LHC smadrer sammen protoner ved ekstremt høje energier, og håbet er, at over tid mønstre vil dukke op i dataene fra de kollisioner, der ville vise, at leptoquarks lejlighedsvis, kort vises i den kreative flamme.
Indtil videre har nyligt frigivne artikler kun udelukket visse former for leptoquarks, der viser, at leptoquarks, der ville binde leptoner til kvarks på bestemte energiniveauer - endnu ikke er fremkommet. Men der er stadig mange energiområder at udforske.
Yiming Zhong, fysiker ved Boston University og medforfatter for en teoretisk artikel i oktober 2017, der blev offentliggjort i The Journal of High Energy Physics med titlen The Leptoquark Hunter's Guide, sagde, at selvom det er spændende at se LHC-forskere jage leptoquarks, synes han deres vision om multikoblingspartiklen er for smal.
Partikelfysikere opdeler stofpartikler ikke kun i leptoner og kvarker, men også i kategorier, de kalder "generationer". Op- og ned-kvarkerne, såvel som elektron- og elektronneutrino, er "første generation" -kvarker og leptoner. Den anden generation inkluderer charme og mærkelige kvarker samt muoner og muonneutrinoer. Og topkvarker, bundkvarker, taus og tau-neutrinoer udgør den tredje generation ifølge CERN, den europæiske organisation for nuklear forskning, der driver LHC. Første generation af partikler er lettere og mere stabile, mens anden og tredje generation er mere massive og kortere.
Leptoquark-søgningerne, der er offentliggjort af LHC, antager alle, at leptoquarks følger generationsregler, der styrer de kendte partikler. En tredje generation af leptoquark kan muligvis parre sig med en tau og en bundkvark. En anden generation kan parre sig muligvis med en muon og en underlig kvark. Og så videre.
Men Zhong fortalte Live Science, at enhver komplet leptoquark-jagt skal antage, at "multigeneration-leptoquarks" kunne være derude, og svinge vildt måske fra første generation af elektroner til tredje generations bundkvarker. Han sagde, at han havde hørt rygter om, at forskere derude er klar til at påbegynde en sådan søgning, men at ingen af de papirer, der endnu er frigivet fra LHC, afspejler denne åbenhed for muligheden.
I mellemtiden er der muligvis leptoquarks derude, der kobles kort sammen med de partikler, de vælger, inden de forsvinder med en blink. Eller de kan måske ikke. Foreløbig er leptoquark-jagen stadig på.
