В поиске частиц-тяжеловесов: все ли кварки и бозоны играют по правилам Эйнштейна
В ходе исследования на Большом адронном коллайдере амбициозные ученые проверили, соблюдают ли t-кварки правила специальной теории относительности Эйнштейна. Выяснилось, что пока правила не нарушены. Результаты исследования опубликованы в журнале Physics Letters B.
Наряду с квантовой механикой, специальная теория относительности Эйнштейна служит основой Стандартной модели физики элементарных частиц. В ее основе лежит концепция, называемая симметрией Лоренца: экспериментальные результаты не зависят ни от ориентации эксперимента в пространстве, ни от скорости, с которой он проводится.
Специальная теория относительности выдержала испытание временем. Однако некоторые более поздние теории, включая теорию струн, предполагают, что при очень высоких энергиях специальная теория относительности потеряет актуальность, и экспериментальные наблюдения будут зависеть от ориентации эксперимента в пространственно-временном континууме.
Пример такого нарушения лоренцевой симметрии можно было бы наблюдать и при сравнительно низких энергиях, например, при энергиях, доступных Большому адронному коллайдеру. Но, несмотря на предыдущие попытки, они не были обнаружены ни на Большом адронном коллайдере, ни на других ускорителях.
В своем недавнем исследовании команда ученых, работающих с CMS-детектором Большого адронного коллайдера, вновь попыталась найти слабое место симметрии Лоренца и поставить под сомнение специальную теорию относительности Альберта Эйнштейна.
В данном контексте аббревиатура CMS означает Compact Muon Solenoid, а CMS-детектор — устройство для обнаружения элементарных частиц различной природы, в том числе гипотетических частиц темной материи. К CMS в наиболее распространенном значении content management system (система управления содержимым), устройство отношения не имеет — прим. ред.
Исследователи изучили пары t-кварков (англ. top quarks) — самых массивных элементарных частиц из известных науке. Ученые предположили, что скорость образования пар t-кварков при протон-протонных столкновениях в коллайдере будет меняться в зависимости от времени суток.
Такой своего рода «циркадный ритм» объясняется тем, что Земля вращается вокруг своей оси, и направление протонных пучков в коллайдере и среднее направление t-кварков, образующихся при столкновениях в центре CMS-детектора, не совпадает в разное время суток и зависит от ориентации Земли в пространстве.
Как следствие, если существует «предпочтительное» направление в пространстве-времени, скорость образования топ-кварковых пар будет меняться в зависимости от ориентации Земли в определенное время. Обнаружение отклонения от постоянной скорости будет равносильно обнаружению предпочтительного направления в пространстве-времени.
Результаты опытов во время второго запуска Большого адронного коллайдера показали постоянную скорость образования t-кварков независимо от показания часов. Симметрия Лоренца не нарушена, и специальная теория относительности Эйнштейна остается в силе. При этом величина возможной погрешности в данном эксперименте была в 100 раз ниже, чем во время предыдущего поиска нарушения симметрии Лоренца на ускорителе Tevatron.
Полученные результаты, однако, не смущают дерзких экспериментаторов. Они лишь говорят о недостатке технических возможностей для подтверждения гипотезы о возможной неполной состоятельности симметрии Лоренца в условиях сверхвысоких энергий. Во время третьего запуска Большого адронного коллайдера ниспровергатели специальной теории относительности планируют продолжить изыскания, используя другие тяжелые частицы, такие как бозоны Хиггса, W-бозоны и Z-бозоны.
На всемирно известной фотографии Альберт Эйнштейн в машине не один, а вместе с доктором Эйдельтоном и его супругой. Фото сделал репортер в день рождения Эйнштейна 14 марта 1951 года в Принстоне. Ученый устал от папарацци и на просьбу об интервью показал язык. Но потом фото Эйнштейну понравилось, он его обрезал и в качестве поздравительной открытки посылал друзьям.