Czy jest pora dnia lub nocy, w której najcięższa elementarna cząstka natury przestaje przestrzegać zasad Einsteina? Odpowiedź na to pytanie, choć wydaje się, że dziwne, mogłaby powiedzieć naukowcom coś bardzo ważnego na temat praw fizyki rządzących kosmosem.
W pierwszym w swoim rodzaju eksperymencie przeprowadzonym w najpotężniejszym na świecie akceleratorze cząstek, Duży zderzak hadronowy (LHC), naukowcy próbowali odkryć, czy najcięższa cząsteczka wszechświata – cząstka nie złożona z innych mniejszych cząstek – zawsze jest posłuszna teorii Einsteina z 1905 r. Specjalna względność.
Mówiąc dokładniej, zespół obsługujący LHC Zakresowy elektromagnes mionowy (CMS) Detektor chciał wiedzieć, czy jedna z zasad, na których zbudowana jest specjalna względność, zwana „Lorentz Symmetry”, zawsze trzyma Najwyższe kwarki.
Symetria Lorentza stwierdza, że prawa fizyki powinny być takie same dla wszystkich obserwatorów, którzy nie przyspieszają. Oznacza to, że wyniki eksperymentu powinny być niezależne od orientacji eksperymentu lub prędkości, z jaką działa.
Jednak niektóre teorie sugerują, że przy wyjątkowo wysokiej energii specjalna względność zawodzi w wyniku naruszenia Lorentza lub łamania symetrii Lorentza.
Prawa fizyki mogą zatem różnić się dla obserwatorów w różnych ramach odniesienia. Oznaczałoby to, że obserwacje eksperymentalne zależałyby od orientacji eksperymentu w czasie przestrzeni (czterowymiarowe zjednoczenie przestrzeni i czasu). Spowodowałoby to wstrząs w wielu naszych najlepszych teoriach kosmosu, w tym model standardowy fizyki cząstek, oparta na specjalnej teorii względności.
„Pozostałości takiego łamania symetrii Lorentza mogłyby być zaobserwowane przy niższych energiach, takich jak energie LHC, ale pomimo wcześniejszych wysiłków nie znaleziono ich w LHC lub inni kolidery, „Współpraca CMS napisał w oświadczeniu.
Zespół CMS postanowił szukać takiej pozostałości symetrii Lorentza, że łamał się przy użyciu pary najcięższej elementarnej cząstki natury, górnego kwarka.
Quark przez całą dobę!
Kwarki są cząsteczki w standardowy model fizyki cząstek które wiążą się i zawierają cząstki takie jak protony I neutrony.
Istnieje sześć „smaków” kwarku wraz ze wzrostem mas: w górę, w dół (znalezione w protonach i neutronach), urok, dziwny, góra i dół. Najcięższym z nich jest najwyższy kwark, posiadający tę samą masę co złoty atom (około 173 giga-electronvolts).
Naukowcy CMS uzasadnili, że jeśli zderzenia między protonami przyspieszyły do bliskiegoPrędkości światła W LHC zależy od orientacji, wówczas szybkość, z jaką pary najwyższej jakości wytwarzane przez takie zdarzenia powinny różnić się z czasem.
To dlatego, że jako Ziemia obraca się, kierunek wiązek protonów generowanych dla zderzeń cząstek w potężnych zmian akceleratora cząstek. Zatem kierunek najwyższych kwarków stworzonych przez takie zderzenia powinien również się zmienić.
Szalenie, oznacza to, że liczba utworzonych kwarków powinna zależeć od pory dnia, w której pojawiają się zderzenia!
Zatem, jeśli istnieje preferowany kierunek w czasie przestrzeni i oznak łamania symetrii Lorentza, powinno istnieć odchylenie od stałej prędkości produkcji najwyższej pary kwarków w LHC zależnym od pory dnia, w którym eksperyment jest przeprowadzany!
Korzystanie z danych z Uruchom 2 LHCktóry został przeprowadzony w latach 2015–2018, współpraca CMS nie znalazła takiego odchylenia.
Oznacza to, że nie znaleźli żadnych oznak łamania symetrii Lorentza, a zatem nie ma dowodów na to, że najwyższe kwarki przeciwstawiają się Einsteina bez względu na zorientowane wiązki protonów (lub o której nastąpiły zderzenia dnia).
Tak więc teoria względności Einsteina jest bezpieczna przez całą dobę. Przynajmniej na razie.
Ulepszone Trzeci i mocniejszy operacja LHC Run rozpoczął się w 2022 roku i ma zakończyć się w przyszłym roku. Zespół będzie szukał oznak łamania symetrii Lorentza w kolizjach proton-proton o wyższej energii.
„Wyniki torują drogę do przyszłych wyszukiwania łamania symetrii Lorentza w oparciu o najwyższe dane danych z trzeciego przebiegu LHC”-napisał współpraca CMS. „Otwierają również drzwi do zbadania procesów obejmujących inne ciężkie cząstki, które można zbadać tylko w LHC, takich jak Higgs Boson i W I Z Bozony. “
Badania zespołu zostały opublikowane pod koniec 2024 r. W czasopiśmie Listy fizyki B.
