В поиске частиц-тяжеловесов: все ли кварки и бозоны играют по правилам Эйнштейна

специальная теория относительности
Синее устройство в центре — сверхчуткий CMS детектор элементарных частицИсточник: https://phys.org/

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.

Большой адронный коллайдер
Большой адронный коллайдер открыт в 2008 году и остается самым мощным ускорителем в мире

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.

специальная теория относительности
Альберт Эйнштейн показывает языкИсточник: Соцсети

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.

©  HI-TECH@Mail.Ru