På den mest grundläggande nivån, materia består av två typer av partiklar:leptoner, såsom elektronen, och kvarkar, som kombineras för att bilda protoner, neutroner och andra sammansatta partiklar. Enligt standardmodellen för partikelfysik, både leptoner och kvarkar delas in i tre generationer med ökande massa. Annat, de två typerna av partiklar är distinkta. Men vissa teorier som utökar standardmodellen förutspår förekomsten av nya partiklar som kallas leptoquarks som skulle förena kvarkar och leptoner genom att interagera med båda.

I ett nytt papper, CMS-samarbetet rapporterar resultaten av sin senaste sökning efter leptoquarks som skulle interagera med tredje generationens kvarkar och leptoner (topp- och bottenkvarkar, tau lepton och tau neutrino). Sådana tredje generationens leptoquarks är en möjlig förklaring till en rad spänningar med standardmodellen (eller "anomalier"), som har setts i vissa transformationer av partiklar som kallas B-mesoner men som ännu inte har bekräftats. Det finns därför ytterligare ett skäl till att jaga dessa hypotetiska partiklar.

CMS-teamet letade efter tredje generationens leptoquarks i ett dataprov av proton-protonkollisioner som producerades av Large Hadron Collider (LHC) med en energi på 13 TeV och som registrerades av CMS-experimentet mellan 2016 och 2018. Specifikt, teamet letade efter par av leptoquarks som förvandlas till en topp- eller bottenkvark och en tau lepton eller tau neutrino, samt för enkla leptoquarks som produceras tillsammans med en tau-neutrino och omvandlas till en toppkvark och en tau-lepton.

CMS-forskarna hittade ingen indikation på att sådana leptoquarks producerades i kollisionerna. Dock, de kunde sätta lägre gränser för sin massa:de fann att sådana leptoquarks skulle behöva vara minst 0,98–1,73 TeV i massa, beroende på deras inneboende spinn och styrkan i deras interaktion med en kvarg och en lepton. Dessa gränser är några av de hårdaste hittills för tredje generationens leptoquarks, och de tillåter att en del av leptoquark-massaområdet som kan förklara B-mesonanomalierna utesluts.

Sökandet efter leptoquarks fortsätter.