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2024-03-22T16:01:04Z

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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 [[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 ==
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:

{| class="wikitable centered" style="text-align:center"
|+ 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> (el. Ladungen Q in Einheiten der [[Elementarladung]])
|-
!colspan="2"| '''[[Farbladung]]'''
! style="width: 5em" | rot
! style="width: 5em" | grün
! style="width: 5em" | blau
|- style="border-top:2pt solid black"
|
| Q
|colspan="3"| '''X-Bosonen'''
|-
| '''Teilchen'''
| +4/3
| <math>X^r \!\,</math>
| <math>X^g \!\,</math>
| <math>X^b \!\,</math>
|-
| '''[[Antiteilchen]]'''
| −4/3
| <math>\bar X^r</math>
| <math>\bar X^g</math>
| <math>\bar X^b</math>
|- style="border-top:2pt solid black"
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| Q
|colspan="3"| '''Y-Bosonen'''
|-
| '''Teilchen'''
| +1/3
| <math>Y^r \!\,</math>
| <math>Y^g \!\,</math>
| <math>Y^b \!\,</math>
|-
| '''Antiteilchen'''
| −1/3
| <math>\bar Y^r</math>
| <math>\bar Y^g</math>
| <math>\bar Y^b</math>
|}

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-paritäts]]<nowiki />verletzende supersymmetrische Wechselwirkungen gewonnen werden.

== 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 [[Schwacher Isospin|schwachen Isospin]] und der Kopplung an [[Chiralität (Physik)|links- oder rechtshändige]] [[Fermion]]en ein.

== Zerfallsmodi ==
Ein X-Boson hätte folgenden [[Zerfallsmodus]]:<ref name="Cheng-Li" />

: X → u + u
: X → e+ + d
wobei die beiden Zerfallsprodukte jeweils entgegengesetzte [[Chiralität (Physik)|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-[[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''}}]].

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
|Autor=Jogesh C. Pati, Abdus Salam
|Titel=Unified Lepton-Hadron Symmetry and a Gauge Theory of the Basic Interactions
|Sammelwerk=Physical Review D
|Band=8
|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}} {{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+ e− 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]]

[[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]]

Leptoquark - Versionsgeschichte

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