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'''Leptoquarks''' ('''X- und Y-[[Boson]]en''') sind [[Hypothetisches Teilchen|hypothetische Elementarteilchen]], die gleichzeitig an [[Quark (Physik)|Quarks]] und [[Lepton]]en koppeln. Sie werden in einer Reihe von Modellen jenseits des [[Standardmodell]]s der [[Teilchenphysik]] [[Postulat|postuliert]], z.B. in [[Große vereinheitlichte Theorie|GUT]]-Modellen wie dem [[ | '''Leptoquarks''' ('''X- und Y-[[Boson]]en''') sind [[Hypothetisches Teilchen|hypothetische Elementarteilchen]], die gleichzeitig an [[Quark (Physik)|Quarks]] und [[Lepton]]en koppeln. Sie werden in einer Reihe von Modellen jenseits des [[Standardmodell]]s der [[Teilchenphysik]] [[Postulat|postuliert]], z. B. in [[Feldtheorie (Physik)|feldtheoretischen]] [[Große vereinheitlichte Theorie|GUT]]-Modellen wie dem [[Georgi-Glashow-Modell]], konnten jedoch bislang nicht experimentell nachgewiesen werden. | ||
Leptoquarks ermöglichen die Umwandlung von Leptonen in Quarks und umgekehrt und erklären die betragsmäßige Gleichheit der [[Elektrische Ladung|Ladung]] von [[Proton]] und [[Elektron]]. Ihre Existenz könnte auch erklären, warum es genauso viele Quarks wie Leptonen gibt, sowie viele weitere Ähnlichkeiten des Quark- und Leptonsektors. | |||
== Eigenschaften == | == Eigenschaften == | ||
Die zwölf Leptoquarks wurden erstmals von [[Jogesh Pati]] und [[Abdus Salam]] in einem [[Spezielle unitäre Gruppe|SU(4)]]-Modell eingeführt, in dem die [[Leptonenzahl]] als vierte [[Farbladung]] behandelt wurde. Nach diesem Modell haben sie ganzzahligen [[Spin]] (0 oder 1) und tragen elektrische Ladung sowie Farbe: | Die zwölf Leptoquarks wurden erstmals von [[Jogesh Pati]] und [[Abdus Salam]] in einem [[Spezielle unitäre Gruppe|SU(4)]]-Modell eingeführt, in dem die [[Leptonenzahl]] als vierte [[Farbladung]] behandelt wurde. Nach diesem Modell haben sie ganzzahligen [[Spin]] (0 oder 1) und tragen elektrische Ladung sowie Farbe: | ||
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|+ Leptoquarks<ref>Manchmal werden die X- und Y-Bosonen noch durch ihre Ladungen gekennzeichnet, dann kann man auch generell den Buchstaben X verwenden. Man spricht dann nur von X-Bosonen und meint alle Leptoquarks.</ref><ref name="Cheng-Li"> | |+ Leptoquarks<ref>Manchmal werden die X- und Y-Bosonen noch durch ihre Ladungen gekennzeichnet, dann kann man auch generell den Buchstaben X verwenden. Man spricht dann nur von X-Bosonen und meint alle Leptoquarks.</ref><ref name="Cheng-Li">Ta-Pei Cheng, Ling-Fong Li: Gauge Theory of Elementary Particle Physics, [[Oxford University Press]] 1984 [korrigierter Nachdruck 1988, 2000], ISBN 0-19-851961-3.</ref><br />(el. Ladungen Q in Einheiten der [[Elementarladung]]) | ||
Ta-Pei Cheng, Ling-Fong Li: Gauge Theory of Elementary Particle Physics, [[Oxford University Press]] 1984 [korrigierter Nachdruck 1988, 2000], ISBN 0-19-851961-3.</ref></ | |- class="hintergrundfarbe6" | ||
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Starke Schranken an ihre [[Kopplungskonstante]]n<nowiki/>produkte – insbesondere bei Leptoquarks, die an links- ''und'' rechtshändige Quarks koppeln – können aus leptonischen [[Meson]]en<nowiki/>zerfällen (z. B. dem [[Pion]]en<nowiki/>zerfall) abgeleitet werden. | Starke Schranken an ihre [[Kopplungskonstante]]n<nowiki />produkte – insbesondere bei Leptoquarks, die an links- ''und'' rechtshändige Quarks koppeln – können aus leptonischen [[Meson]]en<nowiki />zerfällen (z. B. dem [[Pion]]en<nowiki />zerfall) abgeleitet werden. | ||
Die Leptoquark-[[Lagrangefunktion]] enthält neben Termen, die die gleiche Form haben wie in der [[Supersymmetrie|supersymmetrischen]] Lagrangefunktion, weitere, [[pseudoskalar]]e Wechselwirkungen. Durch Ausschluss dieser pseudoskalaren Wechselwirkungen können aus den Schranken an Leptoquark-Wechselwirkungen die entsprechenden Schranken an [[R-Parität|R- | Die Leptoquark-[[Lagrangefunktion]] enthält neben Termen, die die gleiche Form haben wie in der [[Supersymmetrie|supersymmetrischen]] Lagrangefunktion, weitere, [[pseudoskalar]]e Wechselwirkungen. Durch Ausschluss dieser pseudoskalaren Wechselwirkungen können aus den Schranken an Leptoquark-Wechselwirkungen die entsprechenden Schranken an [[R-Parität|R-paritäts]]<nowiki />verletzende supersymmetrische Wechselwirkungen gewonnen werden. | ||
== Einteilung == | == Einteilung == | ||
Die [[Klassifikation]] von [[Wilfried Buchmüller|Buchmüller]], Rückl und Wyler (BRW-Klassifikation) teilt Leptoquarks nach dem Spin (0 oder 1), der Fermionenzahl (0 oder 2), dem [[ | Die [[Klassifikation]] von [[Wilfried Buchmüller|Buchmüller]], Rückl und Wyler (BRW-Klassifikation) teilt Leptoquarks nach dem Spin (0 oder 1), der Fermionenzahl (0 oder 2), dem [[Schwacher Isospin|schwachen Isospin]] und der Kopplung an [[Chiralität (Physik)|links- oder rechtshändige]] [[Fermion]]en ein. | ||
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wobei die beiden Zerfallsprodukte jeweils entgegengesetzte Chiralität aufweisen. | wobei die beiden Zerfallsprodukte jeweils entgegengesetzte [[Chiralität (Physik)|Chiralität]] aufweisen. | ||
Ein Y-Boson hätte folgenden Zerfallsmodus: | Ein Y-Boson hätte folgenden Zerfallsmodus: | ||
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Dabei bezeichnet u das [[Up-Quark]], d das [[Down-Quark]], e<sup>+</sup> das [[Positron]] (Anti-Elektron) und <span style="text-decoration:overline">ν</span><sub>e</sub> das Elektron-[[Neutrino|Antineutrino]]. Ähnliche Zerfallsprodukte gibt es für die anderen [[Generation (Teilchenphysik)|Teilchen-Generationen]]. | Dabei bezeichnet u das [[Up-Quark]], d das [[Down-Quark]], e<sup>+</sup> das [[Positron]] (Anti-Elektron) und <span style="text-decoration:overline">ν</span><sub>e</sub> das Elektron-[[Neutrino|Antineutrino]]. Ähnliche Zerfallsprodukte gibt es für die anderen [[Generation (Teilchenphysik)|Teilchen-Generationen]]. | ||
Bei diesen Reaktionen sind weder die Leptonenzahl ''L'' noch die [[Baryonenzahl]] ''B'' erhalten (was den [[Protonenzerfall]] erlaubt), aber die Differenz [[B-L|{{nowrap|''B'' − ''L''}}]]. | Bei diesen Reaktionen sind weder die Leptonenzahl ''L'' noch die [[Baryonenzahl]] ''B'' erhalten (was den [[Protonenzerfall]] erlaubt), aber die Differenz [[B-L|{{nowrap|''B'' − ''L''}}]]. | ||
Unterschiedliche [[Zerfallsrate]]n des X-Bosons und seines Antiteilchens (ähnlich wie beim [[K-Meson]]) könnten die [[Baryogenese]] zu Beginn unseres [[Universum]]s erklären. Man nimmt | Unterschiedliche [[Zerfallsrate]]n des X-Bosons und seines Antiteilchens (ähnlich wie beim [[K-Meson]]) könnten die [[Baryogenese]] zu Beginn unseres [[Universum]]s erklären. Man nimmt an, dass Leptoquarks nur in einer sehr kurzen Periode, am Ende der GUT-Ära kurz nach dem [[Urknall]], existiert haben. Dann zerfielen sie in Quarks und Leptonen und bildeten, den Theorien entsprechend, die Asymmetrie zwischen [[Materie (Physik)|Materie]] und [[Antimaterie]] aus. | ||
== | == Siehe auch == | ||
* [[X17-Teilchen]], hypothetisches Teilchen welches möglicherweise ein X-Boson ist | |||
== Literatur == | == Literatur == | ||
* | * {{Literatur | ||
* W. Buchmüller, R. Rückl | |Autor=Jogesh C. Pati, Abdus Salam | ||
* J. Blümlein | |Titel=Unified Lepton-Hadron Symmetry and a Gauge Theory of the Basic Interactions | ||
* A. Blumhofer | |Sammelwerk=Physical Review D | ||
*[[Dieter B. Herrmann]]: ''Antimaterie: auf der Suche nach der Gegenwelt'' | |Band=8 | ||
* Chris C. King | |Nummer=4 | ||
|Datum=1973-08-15 | |||
|Seiten=1240–1251 | |||
|DOI=10.1103/PhysRevD.8.1240}} | |||
* {{Literatur | |||
|Autor=Jogesh C. Pati, Abdus Salam | |||
|Titel=Is Baryon Number Conserved? | |||
|Sammelwerk=Physical Review Letters | |||
|Band=31 | |||
|Nummer=10 | |||
|Datum=1973-09-03 | |||
|Seiten=661–664 | |||
|DOI=10.1103/PhysRevLett.31.661}} | |||
* {{Literatur | |||
|Autor=Jogesh C. Pati, Abdus Salam | |||
|Titel=Lepton number as the fourth „color“ | |||
|Sammelwerk=Physical Review D | |||
|Band=10 | |||
|Nummer=1 | |||
|Datum=1974-07-01 | |||
|Seiten=275–289 | |||
|DOI=10.1103/PhysRevD.10.275}} | |||
* {{Literatur | |||
|Autor=W. Buchmüller, R. Rückl, D. Wyler | |||
|Titel=Leptoquarks in lepton-quark collisions | |||
|Sammelwerk=Physics Letters B | |||
|Band=191 | |||
|Nummer=4 | |||
|Datum=1987-06-18 | |||
|Seiten=442–448 | |||
|DOI=10.1016/0370-2693(87)90637-X}}<br />{{Literatur |Autor=W. Buchmüller, R. Rückl, D. Wyler |Titel=Erratum: Leptoquarks in lepton-quark collisions [Phys. Lett. B 191 (1987) 442] |Sammelwerk=Physics Letters B |Band=448 |Nummer=3 |Datum=1999-02-25 |Seiten=320 |DOI=10.1016/S0370-2693(99)00014-3}} | |||
* {{Literatur | |||
|Autor=J. Blümlein, R. Rückl | |||
|Titel=Production of scalar and vector leptoquarks in e<sup>+</sup> e<sup>−</sup> annihilation | |||
|Sammelwerk=Physics Letters B | |||
|Band=304 | |||
|Nummer=3 | |||
|Datum=1993-04-29 | |||
|Seiten=337–346 | |||
|DOI=10.1016/0370-2693(93)90306-3}} | |||
* {{Literatur | |||
|Autor=A. Blumhofer, B. Lampe | |||
|Titel=A low-energy compatible SU(4)-type model for vector leptoquarks of mass ≤ 1 TeV | |||
|Sammelwerk=The European Physical Journal C - Particles and Fields | |||
|Band=7 | |||
|Nummer=1 | |||
|Datum=1999-02-01 | |||
|Seiten=141–148 | |||
|arXiv=hep-ph/9706454 | |||
|DOI=10.1007/s100529900965}} | |||
* [[Dieter B. Herrmann]]: ''Antimaterie: auf der Suche nach der Gegenwelt.'' 2. aktualisierte Aufl., Beck, München 2004, ISBN 3-406-44504-7. | |||
* {{Literatur | |||
|Autor=Chris C. King | |||
|Titel=Dual-Time Supercausality. | |||
|Sammelwerk=Physics Essays | |||
|Band=2 | |||
|Nummer=2 | |||
|Datum=1989-06-01 | |||
|Seiten=128–151 | |||
|Online=https://www.math.auckland.ac.nz/~king/Preprints/pdf/Transup.pdf | |||
|Format=PDF | |||
|KBytes= | |||
|Abruf=2021-01-31 | |||
|DOI=10.4006/1.3035859}} | |||
== Fußnoten == | |||
<references /> | |||
[[Kategorie:Hypothetisches Teilchen]] | [[Kategorie:Hypothetisches Teilchen]] | ||
Leptoquarks (X- und Y-Bosonen) sind hypothetische Elementarteilchen, die gleichzeitig an Quarks und Leptonen koppeln. Sie werden in einer Reihe von Modellen jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik postuliert, z. B. in feldtheoretischen GUT-Modellen wie dem Georgi-Glashow-Modell, konnten jedoch bislang nicht experimentell nachgewiesen werden.
Leptoquarks ermöglichen die Umwandlung von Leptonen in Quarks und umgekehrt und erklären die betragsmäßige Gleichheit der Ladung von Proton und Elektron. Ihre Existenz könnte auch erklären, warum es genauso viele Quarks wie Leptonen gibt, sowie viele weitere Ähnlichkeiten des Quark- und Leptonsektors.
Die zwölf Leptoquarks wurden erstmals von Jogesh Pati und Abdus Salam in einem SU(4)-Modell eingeführt, in dem die Leptonenzahl als vierte Farbladung behandelt wurde. Nach diesem Modell haben sie ganzzahligen Spin (0 oder 1) und tragen elektrische Ladung sowie Farbe:
| Farbladung | rot | grün | blau | |
| Q | X-Bosonen | |||
| Teilchen | +4/3 | $ X^{r}\!\, $ | $ X^{g}\!\, $ | $ X^{b}\!\, $ |
| Antiteilchen | −4/3 | $ {\bar {X}}^{r} $ | $ {\bar {X}}^{g} $ | $ {\bar {X}}^{b} $ |
| Q | Y-Bosonen | |||
| Teilchen | +1/3 | $ Y^{r}\!\, $ | $ Y^{g}\!\, $ | $ Y^{b}\!\, $ |
| Antiteilchen | −1/3 | $ {\bar {Y}}^{r} $ | $ {\bar {Y}}^{g} $ | $ {\bar {Y}}^{b} $ |
Starke Schranken an ihre Kopplungskonstantenprodukte – insbesondere bei Leptoquarks, die an links- und rechtshändige Quarks koppeln – können aus leptonischen Mesonenzerfällen (z. B. dem Pionenzerfall) abgeleitet werden.
Die Leptoquark-Lagrangefunktion enthält neben Termen, die die gleiche Form haben wie in der supersymmetrischen Lagrangefunktion, weitere, pseudoskalare Wechselwirkungen. Durch Ausschluss dieser pseudoskalaren Wechselwirkungen können aus den Schranken an Leptoquark-Wechselwirkungen die entsprechenden Schranken an R-paritätsverletzende supersymmetrische Wechselwirkungen gewonnen werden.
Die Klassifikation von Buchmüller, Rückl und Wyler (BRW-Klassifikation) teilt Leptoquarks nach dem Spin (0 oder 1), der Fermionenzahl (0 oder 2), dem schwachen Isospin und der Kopplung an links- oder rechtshändige Fermionen ein.
Ein X-Boson hätte folgenden Zerfallsmodus:[2]
wobei die beiden Zerfallsprodukte jeweils entgegengesetzte Chiralität aufweisen.
Ein Y-Boson hätte folgenden Zerfallsmodus:
wobei das erste Zerfallsprodukt jeweils linkshändig und das zweite rechtshändig wären.
Dabei bezeichnet u das Up-Quark, d das Down-Quark, e+ das Positron (Anti-Elektron) und νe das Elektron-Antineutrino. Ähnliche Zerfallsprodukte gibt es für die anderen Teilchen-Generationen.
Bei diesen Reaktionen sind weder die Leptonenzahl L noch die Baryonenzahl B erhalten (was den Protonenzerfall erlaubt), aber die Differenz B − L.
Unterschiedliche Zerfallsraten des X-Bosons und seines Antiteilchens (ähnlich wie beim K-Meson) könnten die Baryogenese zu Beginn unseres Universums erklären. Man nimmt an, dass Leptoquarks nur in einer sehr kurzen Periode, am Ende der GUT-Ära kurz nach dem Urknall, existiert haben. Dann zerfielen sie in Quarks und Leptonen und bildeten, den Theorien entsprechend, die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie aus.
ar:بوزونات اكس و واي bg:X и Y бозони es:Bosón X fi:X-bosoni it:Bosoni X e Y pl:Bozon X sv:X-boson
