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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 [[Georgi–Glashow-Modell]], konnten jedoch bislang nicht experimentell nachgewiesen werden.
'''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.


Sollten Leptoquarks existieren, würde ihr Austausch die Umwandlung von Leptonen in Quarks und umgekehrt ermöglichen und so die betragsmäßige Gleichheit der [[Elektrische Ladung|Ladung]] von [[Proton]] und [[Elektron]] erklären. Ihre Existenz könnte auch erklären, warum es genauso viele Quarks wie Leptonen gibt, sowie viele weitere Ähnlichkeiten des Quark- und Leptonsektors.
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">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></br>(el. Ladungen Q in Einheiten der [[Elementarladung]])  
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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.&nbsp;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.&nbsp;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-parität]]s<nowiki/>verletzende supersymmetrische Wechselwirkungen gewonnen 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-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&nbsp;1), der Fermionenzahl (0 oder 2), dem [[schwacher Isospin|schwachen Isospin]] und der Kopplung an [[Chiralität (Physik)|links- oder rechtshändige]] [[Fermion]]en ein.
Die [[Klassifikation]] von [[Wilfried Buchmüller|Buchmüller]], Rückl und Wyler (BRW-Klassifikation) teilt Leptoquarks nach dem Spin (0 oder&nbsp;1), der Fermionenzahl (0 oder 2), dem [[Schwacher Isospin|schwachen Isospin]] und der Kopplung an [[Chiralität (Physik)|links- oder rechtshändige]] [[Fermion]]en ein.


== Zerfallsmodi ==
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: X → u + u
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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 nämlich an, dass Leptoquarks nur in einer sehr kurzen Periode existiert haben, am Ende der GUT-Ära kurz nach dem [[Urknall]]. Dann zerfielen sie in Quarks und Leptonen und bildeten, den Theorien entsprechend, die Asymmetrie zwischen [[Materie (Physik)|Materie]] und [[Antimaterie]] aus.
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.


==Fußnoten==
== Siehe auch ==
<references />
* [[X17-Teilchen]], hypothetisches Teilchen welches möglicherweise ein X-Boson ist


== Literatur ==
== Literatur ==
* J. C. Pati und A. Salam, ''Unified Lepton - Hadron Symmetry And A Gauge Theory Of The Basic Interactions'', [[Physical Review|Phys. Rev. D]] 8 (1973) 1240, [[Physical Review|Phys. Rev. Lett.]] 31 (1973) 661, Phys. Rev. D 10 (1974) 275.
* {{Literatur
* W. Buchmüller, R. Rückl und D. Wyler, ''Leptoquarks In Lepton Quark Collisions'', [[Physics Letters|Phys. Lett. B]] 191 (1987) 442 [Erratum-ibid. B 448 (1999) 320].
  |Autor=Jogesh C. Pati, Abdus Salam
* J. Blümlein und R. Rückl, ''Production of scalar and vector leptoquarks in e+ e- annihilation'', Phys. Lett. B 304 (1993) 337.
  |Titel=Unified Lepton-Hadron Symmetry and a Gauge Theory of the Basic Interactions
* A. Blumhofer und B. Lampe, [http://arxiv.org/abs/hep-ph/9706454 ''A low-energy compatible SU(4)-type model for vector leptoquarks of mass </= 1TeV''], [[The European Physical Journal|Eur. Phys. J. C]] 7 (1999) 141.
  |Sammelwerk=Physical Review D
*[[Dieter B. Herrmann]]: ''Antimaterie: auf der Suche nach der Gegenwelt'', 2. aktualisierte Aufl., München, Beck, 2004, ISBN 3-406-44504-7
  |Band=8
* Chris C. King: Dual-Time Supercausality (1989) Physics Essays 2/2 128-151 ([http://www.math.auckland.ac.nz/~king/Preprints/pdf/Transup.pdf PDF])
  |Nummer=4
  |Datum=1973-08-15
  |Seiten=1240–1251
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* {{Literatur
  |Autor=Jogesh C. Pati, Abdus Salam
  |Titel=Is Baryon Number Conserved?
  |Sammelwerk=Physical Review Letters
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  |Datum=1973-09-03
  |Seiten=661–664
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* {{Literatur
  |Autor=Jogesh C. Pati, Abdus Salam
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* {{Literatur
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  |Seiten=442–448
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* {{Literatur
  |Autor=J. Blümlein, R. Rückl
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  |Sammelwerk=Physics Letters B
  |Band=304
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  |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
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  |Band=7
  |Nummer=1
  |Datum=1999-02-01
  |Seiten=141–148
  |arXiv=hep-ph/9706454
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* [[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.
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  |Nummer=2
  |Datum=1989-06-01
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  |Online=https://www.math.auckland.ac.nz/~king/Preprints/pdf/Transup.pdf
  |Format=PDF
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  |Abruf=2021-01-31
  |DOI=10.4006/1.3035859}}
 
== Fußnoten ==
<references />


[[Kategorie:Hypothetisches Teilchen]]
[[Kategorie:Hypothetisches Teilchen]]

Aktuelle Version vom 6. Juli 2021, 18:10 Uhr

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.

Eigenschaften

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:

Leptoquarks[1][2]
(el. Ladungen Q in Einheiten der Elementarladung)
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.

Einteilung

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.

Zerfallsmodi

Ein X-Boson hätte folgenden Zerfallsmodus:[2]

X → u + u
X → e+ + d

wobei die beiden Zerfallsprodukte jeweils entgegengesetzte Chiralität aufweisen.

Ein Y-Boson hätte folgenden Zerfallsmodus:

Y → e+ + u
Y → d + u
Y → d + νe

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.

Siehe auch

  • X17-Teilchen, hypothetisches Teilchen welches möglicherweise ein X-Boson ist

Literatur

  • Jogesh C. Pati, Abdus Salam: Unified Lepton-Hadron Symmetry and a Gauge Theory of the Basic Interactions. In: Physical Review D. Band 8, Nr. 4, 15. August 1973, S. 1240–1251, doi:10.1103/PhysRevD.8.1240.
  • Jogesh C. Pati, Abdus Salam: Is Baryon Number Conserved? In: Physical Review Letters. Band 31, Nr. 10, 3. September 1973, S. 661–664, doi:10.1103/PhysRevLett.31.661.
  • Jogesh C. Pati, Abdus Salam: Lepton number as the fourth „color“. In: Physical Review D. Band 10, Nr. 1, 1. Juli 1974, S. 275–289, doi:10.1103/PhysRevD.10.275.
  • W. Buchmüller, R. Rückl, D. Wyler: Leptoquarks in lepton-quark collisions. In: Physics Letters B. Band 191, Nr. 4, 18. Juni 1987, S. 442–448, doi:10.1016/0370-2693(87)90637-X.
    W. Buchmüller, R. Rückl, D. Wyler: Erratum: Leptoquarks in lepton-quark collisions [Phys. Lett. B 191 (1987) 442]. In: Physics Letters B. Band 448, Nr. 3, 25. Februar 1999, S. 320, doi:10.1016/S0370-2693(99)00014-3.
  • J. Blümlein, R. Rückl: Production of scalar and vector leptoquarks in e+ e− annihilation. In: Physics Letters B. Band 304, Nr. 3, 29. April 1993, S. 337–346, doi:10.1016/0370-2693(93)90306-3.
  • A. Blumhofer, B. Lampe: A low-energy compatible SU(4)-type model for vector leptoquarks of mass ≤ 1 TeV. In: The European Physical Journal C - Particles and Fields. Band 7, Nr. 1, 1. Februar 1999, S. 141–148, doi:10.1007/s100529900965, arxiv:hep-ph/9706454.
  • Dieter B. Herrmann: Antimaterie: auf der Suche nach der Gegenwelt. 2. aktualisierte Aufl., Beck, München 2004, ISBN 3-406-44504-7.
  • Chris C. King: Dual-Time Supercausality. In: Physics Essays. Band 2, Nr. 2, 1. Juni 1989, S. 128–151, doi:10.4006/1.3035859 (auckland.ac.nz [PDF; abgerufen am 31. Januar 2021]).

Fußnoten

  1. ↑ 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.
  2. ↑ 2,0 2,1 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.

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