На Большом адронном коллайдере (БАК) коллаборация CMS провела новаторское исследование, чтобы выяснить, подчиняются ли топ-кварки, самые тяжелые из известных элементарных частиц, специальной теории относительности Альберта Эйнштейна. Этот эксперимент стал первым в своем роде, проведенным на БАК, и нацелен на проверку фундаментальной симметрии Лоренца.
Специальная теория относительности, наряду с квантовой механикой, является краеугольным камнем Стандартной модели физики элементарных частиц. Стандартная модель представляет собой теоретическую основу для понимания элементарных частиц и сил, которые ими управляют. Симметрия Лоренца, ключевой принцип специальной теории относительности, утверждает, что результаты физических экспериментов не должны зависеть от ориентации или скорости экспериментальной установки.
Несмотря на то, что специальная теория относительности была многократно подтверждена экспериментально, некоторые теоретические модели, такие как определенные версии теории струн, предполагают, что она может нарушаться при очень высоких энергиях. Нарушение симметрии Лоренца при экстремальных энергиях могло бы оставить наблюдаемые следы при более низких энергиях, достижимых на БАК. Предыдущие поиски нарушений симметрии Лоренца на БАК и других ускорителях, включая Тэватрон, не дали положительных результатов.
В новом исследовании коллаборация CMS использовала пары топ-кварков, рожденные в результате столкновений протонов на БАК. Ученые искали зависимость скорости рождения пар топ-кварков от ориентации экспериментальной установки в пространстве. Земное вращение сыграло ключевую роль в методологии эксперимента.
По мере вращения Земли, направление протонных пучков БАК и среднее направление вылетающих топ-кварков изменяются в течение суток относительно космического пространства. Если бы скорость рождения пар топ-кварков менялась в зависимости от времени суток, это указало бы на существование выделенного направления в пространстве-времени и, следовательно, на нарушение симметрии Лоренца.
Результаты эксперимента CMS показали, что скорость рождения пар топ-кварков остается постоянной, независимо от ориентации установки, в пределах достигнутой точности. Таким образом, эксперимент не обнаружил никаких признаков нарушения симметрии Лоренца. Специальная теория относительности Эйнштейна остается в силе в изученном диапазоне энергий.
Исследователи CMS установили новые, более строгие ограничения на величины параметров, которые были бы отличны от нуля в случае нарушения симметрии Лоренца. Эти ограничения оказались до 100 раз более жесткими, чем результаты предыдущего поиска, проведенного на ускорителе Тэватрон.
Полученные результаты открывают путь для дальнейших поисков нарушений симметрии Лоренца с использованием данных о топ-кварках, которые будут собраны в ходе третьего сеанса работы БАК. Методология, разработанная коллаборацией CMS, может быть применена для изучения процессов с участием других тяжелых частиц, доступных на БАК, таких как бозон Хиггса, W- и Z-бозоны.
Статья с подробным описанием этого исследования была опубликована в журнале Physics Letters B под названием "Searches for violation of Lorentz invariance in top quark pair production using dilepton events in 13 TeV proton-proton collisions". Авторами статьи являются А. Айрапетян и другие (A. Hayrapetyan et al.). DOI статьи: 10.1016/j.physletb.2024.138979. Статья датирована 2024 годом.
Новость об этом исследовании была также опубликована CERN под заголовком "Clocking nature's heaviest elementary particle: CMS tests whether top quarks play by Einstein's rules". Дата публикации новости – 23 января 2025 года. Информация была получена с сайта 24 января 2025 года. URL новости: .
Изображение носит иллюстративный характер
Специальная теория относительности, наряду с квантовой механикой, является краеугольным камнем Стандартной модели физики элементарных частиц. Стандартная модель представляет собой теоретическую основу для понимания элементарных частиц и сил, которые ими управляют. Симметрия Лоренца, ключевой принцип специальной теории относительности, утверждает, что результаты физических экспериментов не должны зависеть от ориентации или скорости экспериментальной установки.
Несмотря на то, что специальная теория относительности была многократно подтверждена экспериментально, некоторые теоретические модели, такие как определенные версии теории струн, предполагают, что она может нарушаться при очень высоких энергиях. Нарушение симметрии Лоренца при экстремальных энергиях могло бы оставить наблюдаемые следы при более низких энергиях, достижимых на БАК. Предыдущие поиски нарушений симметрии Лоренца на БАК и других ускорителях, включая Тэватрон, не дали положительных результатов.
В новом исследовании коллаборация CMS использовала пары топ-кварков, рожденные в результате столкновений протонов на БАК. Ученые искали зависимость скорости рождения пар топ-кварков от ориентации экспериментальной установки в пространстве. Земное вращение сыграло ключевую роль в методологии эксперимента.
По мере вращения Земли, направление протонных пучков БАК и среднее направление вылетающих топ-кварков изменяются в течение суток относительно космического пространства. Если бы скорость рождения пар топ-кварков менялась в зависимости от времени суток, это указало бы на существование выделенного направления в пространстве-времени и, следовательно, на нарушение симметрии Лоренца.
Результаты эксперимента CMS показали, что скорость рождения пар топ-кварков остается постоянной, независимо от ориентации установки, в пределах достигнутой точности. Таким образом, эксперимент не обнаружил никаких признаков нарушения симметрии Лоренца. Специальная теория относительности Эйнштейна остается в силе в изученном диапазоне энергий.
Исследователи CMS установили новые, более строгие ограничения на величины параметров, которые были бы отличны от нуля в случае нарушения симметрии Лоренца. Эти ограничения оказались до 100 раз более жесткими, чем результаты предыдущего поиска, проведенного на ускорителе Тэватрон.
Полученные результаты открывают путь для дальнейших поисков нарушений симметрии Лоренца с использованием данных о топ-кварках, которые будут собраны в ходе третьего сеанса работы БАК. Методология, разработанная коллаборацией CMS, может быть применена для изучения процессов с участием других тяжелых частиц, доступных на БАК, таких как бозон Хиггса, W- и Z-бозоны.
Статья с подробным описанием этого исследования была опубликована в журнале Physics Letters B под названием "Searches for violation of Lorentz invariance in top quark pair production using dilepton events in 13 TeV proton-proton collisions". Авторами статьи являются А. Айрапетян и другие (A. Hayrapetyan et al.). DOI статьи: 10.1016/j.physletb.2024.138979. Статья датирована 2024 годом.
Новость об этом исследовании была также опубликована CERN под заголовком "Clocking nature's heaviest elementary particle: CMS tests whether top quarks play by Einstein's rules". Дата публикации новости – 23 января 2025 года. Информация была получена с сайта 24 января 2025 года. URL новости: .
