Les physiciens du CERN fixent des limites à la masse des leptoquarks hypothétiques

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Les physiciens de la collaboration CMS (Compact Muon Solenoid) au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN présentent les résultats d’une nouvelle recherche de leptoquarks produits seuls ou en paires dans des collisions proton-proton.

Un événement de collision enregistré par CMS au début de la prise de données de 2018. CMS passe au crible de telles collisions jusqu'à 40 millions de fois par seconde à la recherche de signes de leptoquarks. Crédit image : Thomas McCauley / Tai Sakuma / CMS / CERN.

Un événement de collision enregistré par CMS au début de la prise de données de 2018. CMS passe au crible de telles collisions jusqu’à 40 millions de fois par seconde à la recherche de signes de leptoquarks. Crédit image : Thomas McCauley / Tai Sakuma / CMS / CERN.

Au niveau le plus fondamental, la matière est constituée de deux types de particules : les leptons, comme l’électron, et les quarks, qui se combinent pour former des protons, des neutrons et d’autres particules composites.

Selon le modèle standard, les leptons et les quarks se répartissent en trois générations de masse croissante. Sinon, les deux types de particules sont distincts.

Mais certaines théories qui étendent le Modèle Standard prédisent l’existence de nouvelles particules appelées leptoquarks qui unifieraient les quarks et les leptons en interagissant avec les deux.

La recherche de ces particules hypothétiques constitue depuis le début une partie importante du programme de recherche du LHC.

Dans un article qui sera publié dans la revue Physics Letters Bla collaboration CMS présente les résultats de sa dernière recherche de leptoquarks qui interagiraient avec les quarks et les leptons de troisième génération.

Ces leptoquarks de troisième génération sont une explication possible d’une série de tensions avec le modèle standard, qui ont été observées dans certaines transformations de particules appelées mésons B, mais qui doivent encore être confirmées. Il existe donc une raison supplémentaire de rechercher ces particules.

Les physiciens de CMS ont recherché des leptoquarks de troisième génération dans un échantillon de données de collisions proton-proton produites par le LHC à une énergie de 13 TeV et enregistrées par l’expérience CMS entre 2016 et 2018.

Plus précisément, ils ont recherché des paires de leptoquarks qui se transforment en un quark supérieur ou inférieur et un lepton tau ou un neutrino tau, ainsi que des leptoquarks simples qui sont produits avec un neutrino tau et se transforment en un quark supérieur et un lepton tau.

Les chercheurs n’ont trouvé aucune indication que de tels leptoquarks ont été produits dans les collisions.

Cependant, ils ont pu fixer des limites inférieures à leur masse : ils ont constaté que ces leptoquarks devraient avoir une masse d’au moins 0,98-1,73 TeV, en fonction de leur spin intrinsèque et de la force de leur interaction avec un quark et un lepton.

“Ces résultats constituent les limites les plus strictes à ce jour sur la présence de leptoquarks qui se couplent préférentiellement à la troisième génération de fermions”, ont déclaré les scientifiques.

“Ils sondent également l’espace des paramètres préférés par les anomalies de la physique B dans plusieurs modèles, en excluant les parties pertinentes.”

“Comme les théories prédisent des masses de leptoquark aussi élevées que plusieurs dizaines de TeV, la poursuite de cette solution prometteuse pour l’unification des quarks et des leptons doit se poursuivre.”

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