Физики доказали теорию относительности Эйнштейна через эксперименты с топ-кварками на Большом адронном коллайдере

Участники эксперимента CMS (Компактный мюонный соленоид) на Большом адронном коллайдере впервые исследовали, как поведение топ-кварков соотносится с специальной теорией относительности Эйнштейна. Итоги работы подтверждают основополагающий принцип Лоренцевой симметрии.

Специальная теорией относительности вместе с квантовой механикой формирует фундамент Стандартной модели физики элементарных частиц. В её основе — концепция Лоренцевой симметрии, которая гласит, что результаты экспериментов должны оставаться неизменными независимо от ориентации и скорости их проведения.

Ряд теоретических представлений, в том числе определённые версии теории струн, предполагают, что при экстремально высоких энергиях специальная теория относительности может нарушаться, и экспериментальные результаты начнут зависеть от ориентации в пространственно-временном континууме. Такие следы нарушения Лоренцевой симметрии потенциально могут быть выявлены даже при энергиях, достижимых на БАК.

В процессе эксперимента учёные сосредоточили внимание на изучении поведения пар топ-кварков, наиболее массивных из известных элементарных частиц. В случае нарушения Лоренцевой симметрии, скорость образования данных пар могла бы изменяться в зависимости от времени суток из-за вращения Земли и изменения ориентации пучков протонов, а также направления выхода топ-кварков относительно гипотетического «предпочтительного» направления в пространственно-временном континууме.

Результаты анализа данных, собранных в ходе второго периода работы БАК, показали постоянство скорости образования пар топ-кварков, что подтвердило сохранение Лоренцевой симметрии и обоснованность специальной теории относительности. Эти выводы позволили наложить более строгие ограничения на параметры потенциальных нарушений симметрии, улучшив её предшествующие измерения на коллайдере Теватрон в степени более чем в 100 раз.

Данное исследование открывает перспективы для дальнейшего поиска возможных нарушений принципов Лоренцевой симметрии, используя данные третьего этапа работы БАК, а также для изучения взаимодействий с другими тяжёлыми частицами, такими как бозон Хиггса и бозоны W и Z.

Источник: iXBT