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, neutrons et autres particules composites. Sous le modèle standard de la physique des particules, les leptons et les quarks se répartissent en trois générations de masse croissante. Autrement, les deux sortes de particules sont distinctes. 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.

Dans un nouveau journal, la collaboration CMS rapporte les résultats de sa dernière recherche de leptoquarks qui interagiraient avec les quarks et les leptons de troisième génération (les quarks top et bottom, le lepton tau et le neutrino tau). De tels leptoquarks de troisième génération sont une explication possible d'un ensemble de tensions avec le modèle standard (ou « anomalies »), qui ont été observés dans certaines transformations de particules appelées mésons B mais qui restent à confirmer. Il y a donc une raison supplémentaire de traquer ces particules hypothétiques.

L'équipe CMS a recherché des leptoquarks de troisième génération dans un échantillon de données de collisions proton-proton produites par le Large Hadron Collider (LHC) à une énergie de 13 TeV et enregistrées par l'expérience CMS entre 2016 et 2018. Plus précisément, l'équipe a recherché des paires de leptoquarks qui se transforment en un quark top ou bottom et un lepton tau ou un neutrino tau, ainsi que pour les leptoquarks uniques qui sont produits avec un neutrino tau et se transforment en un quark top et un lepton tau.

Les chercheurs de CMS n'ont trouvé aucune indication que de tels leptoquarks aient été produits lors des 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 à 1,73 TeV, en fonction de leur spin intrinsèque et de la force de leur interaction avec un quark et un lepton. Ces limites sont parmi les plus strictes à ce jour sur les leptoquarks de troisième génération, et ils permettent d'exclure une partie de la gamme de masse de leptoquark qui pourrait expliquer les anomalies du méson B.

La recherche de leptoquarks se poursuit.