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CMS définit de nouvelles limites sur la masse des leptoquarks

Ces limites sont parmi les plus étroites jamais établies concernant l'existence des leptoquarks de troisième génération

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Le détecteur CMS (Image: CERN)

Au niveau le plus fondamental, la matière est constituée de deux types de particules : les leptons (par exemple l’électron) et les quarks ; ces deux types de particules s'associent pour former des protons, des neutrons et d'autres particules composites. Selon le Modèle standard de la physique des particules, les leptons et les quarks, bien qu’appartenant à deux catégories de particules bien distinctes, sont également classés en trois générations de masse croissante. Or, certaines théories constituant des extensions du Modèle standard prédisent l'existence d'une nouvelle catégorie de particules, les leptoquarks, faisant la jonction entre quarks et leptons et interagissant avec les deux.

Dans un nouvel article, la collaboration CMS rapporte les résultats de ses dernières études concernant la recherche de leptoquarks qui interagiraient avec des quarks et des leptons de troisième génération (à savoir, les quarks top et bottom, le lepton tau et le neutrino tau). Ces leptoquarks de troisième génération pourraient expliquer une série de tensions (ou « anomalies ») par rapport au Modèle standard entrevues lors de la transformation de certaines particules appelées mésons B, mais qui restent encore à confirmer. Voilà donc une raison supplémentaire pour traquer ces particules hypothétiques.

L'équipe CMS a cherché des leptoquarks de troisième génération dans un échantillon de données issues de collisions proton-proton produites au Grand collisionneur de hadrons (LHC) à une énergie de 13 TeV, et enregistrées par l'expérience CMS entre 2016 et 2018. Plus exactement, l'équipe recherchait des paires de leptoquarks se transformant en un quark top ou bottom, et un lepton tau ou un neutrino tau, mais également des leptoquarks uniques produits en même temps qu'un neutrino tau et se transformant en un quark top et un lepton tau.

Si les chercheurs du CMS n'ont trouvé aucun indice laissant penser que de tels leptoquarks avaient été produits lors des collisions, ils ont réussi néanmoins à abaisser les limites quant à leur masse. Ils ont en effet pu déterminer que la masse des leptoquarks devrait se situer au minimum entre 0,98 et 1,73 TeV, selon leur spin intrinsèque et la force de leur interaction avec un quark et un lepton. Ces limites sont à ce jour parmi les plus étroites sur les leptoquarks de troisième génération, et permettent d'exclure une partie de la gamme de masses envisageables pour expliquer les anomalies du méson B.

La traque des leptoquarks se poursuit.

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Pour en savoir plus, voir le site web de CMS et le site web du CERN Courier.