Los físicos están buscando una partícula esquiva que se balancea en ambos sentidos, y si la encuentran, podría explicar varios resultados extraños encontrados en los destructores de átomos de todo el mundo.
En la física moderna, la materia se divide en su nivel más básico en dos tipos de partículas: por un lado, los quarks, que a menudo se unen para formar protones y neutrones, que a su vez forman el núcleo de los átomos. Por otro lado son los leptones. Estos incluyen todo lo demás con masa, desde electrones comunes hasta muones y taus más exóticos, hasta neutrinos débiles y casi indetectables. En circunstancias normales, estas partículas se adhieren principalmente a su propio tipo; los quarks interactúan principalmente con otros quarks y los leptones con otros leptones.
Pero los físicos sospechan que hay más partículas por ahí. Mucho más. Y una de esas clases de partículas propuestas se llama leptoquark. Si existen, los leptoquarks cerrarían la brecha entre los leptones y los quarks, uniéndose a ambos tipos de partículas. Nadie ha encontrado evidencia directa de la existencia de leptoquarks, pero los investigadores tienen razones para sospechar que están ahí fuera. En septiembre, los experimentadores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) publicaron los resultados de varios experimentos en la revista de preimpresión arXiv diseñados para probar o refutar su existencia.
"Los leptoquarks se han convertido en una de las ideas más tentadoras para extender nuestros cálculos, ya que permiten explicar varias anomalías observadas", dijo en un comunicado Roman Kogler, físico del LHC.
¿Cuáles son esas anomalías? Experimentos anteriores en el LHC, Fermilab y otros lugares han arrojado resultados extraños, con más "eventos" en los que se crearon partículas que las predicciones de las teorías físicas dominantes. Los leptoquarks, que se descompondrían en lluvias de otras partículas poco después de su creación, podrían explicar esos eventos adicionales.
Para cazar el leptoquark, los investigadores del LHC analizan enormes volúmenes de datos. El LHC rompe protones juntos a energías extremadamente altas, y la esperanza es que con el tiempo emergerán patrones en los datos de esas colisiones que mostrarían que los leptoquarks ocasionalmente aparecen brevemente en ese incendio creativo.
Hasta ahora, los documentos recientemente publicados solo han descartado ciertos tipos de leptoquarks, mostrando que los leptoquarks que unirían los leptones a los quarks a niveles de energía particulares, aún no han surgido. Pero todavía hay amplios rangos de energía para explorar.
Yiming Zhong, físico de la Universidad de Boston y coautor principal de un artículo teórico de octubre de 2017 publicado en The Journal of High Energy Physics titulado The Leptoquark Hunter's Guide, dijo que si bien es emocionante ver a investigadores del LHC cazando leptoquarks, cree que su visión de La partícula multiacoplamiento es demasiado estrecha.
Los físicos de partículas dividen las partículas de materia no solo en leptones y quarks, sino también en categorías que llaman "generaciones". Los quarks arriba y abajo, así como el electrón y el neutrino electrónico, son quarks y leptones de "primera generación". La segunda generación incluye encanto y quarks extraños, así como muones y neutrinos muónicos. Y los quarks superiores, quarks inferiores, taus y tau neutrinos constituyen la tercera generación, según el CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, que opera el LHC. Las partículas de primera generación son más livianas y más estables, mientras que las generaciones segunda y tercera son más masivas y de vida más corta.
Las búsquedas de leptoquark publicadas por el LHC suponen que los leptoquarks siguen reglas generacionales que gobiernan las partículas conocidas. Un leptoquark de tercera generación podría combinarse con un tau y un quark bottom. Una de segunda generación podría emparejarse con un muón y un extraño quark. Y así.
Pero Zhong le dijo a Live Science que cualquier búsqueda completa de leptoquark tiene que suponer que los "leptoquarks multigeneracionales" podrían estar ahí fuera, oscilando violentamente, tal vez de electrones de primera generación a quarks de fondo de tercera generación. Dijo que había escuchado rumores de que los investigadores están listos para comenzar tal búsqueda, pero que ninguno de los documentos publicados por el LHC aún refleja esa apertura a la posibilidad.
Mientras tanto, los leptoquarks podrían estar allí, uniéndose brevemente con las partículas que elijan antes de desaparecer en un instante. O tal vez no. Por ahora, la caza del leptoquark todavía está en marcha.
