В ходе новаторского исследования в Большом адронном коллайдере (БАК) коллаборация CMS провела эксперименты, чтобы проверить, подчиняются ли топ-кварки принципам специальной теории относительности Эйнштейна. Эти частицы являются самыми массивными из известных элементарных частиц, что делает их идеальными кандидатами для подобных исследований.
Специальная теория относительности Эйнштейна вместе с квантовой механикой составляет основу Стандартной модели физики элементарных частиц. Ключевым принципом этой теории является симметрия Лоренца, согласно которой результаты экспериментов должны оставаться неизменными независимо от скорости или ориентации эксперимента в пространстве.
Некоторые теории, включая определенные модели теории струн, предполагают, что при чрезвычайно высоких энергиях специальная теория относительности может нарушаться. В таких случаях результаты экспериментов могли бы зависеть от направления эксперимента в пространстве-времени. Именно эту гипотезу и проверяли ученые на БАК.
Исследователи использовали тот факт, что Земля вращается вокруг своей оси, из-за чего направление протонных пучков в БАК и среднее направление топ-кварков, образующихся при столкновениях в центре эксперимента CMS, меняются в зависимости от времени суток. Если бы существовало предпочтительное направление в пространстве-времени, скорость образования пар топ-кварков менялась бы в течение дня.
Новые результаты, полученные на основе данных второго запуска БАК, подтверждают постоянство скорости образования частиц, что означает сохранение симметрии Лоренца и действительность специальной теории относительности Эйнштейна. Полученные ограничения улучшают предыдущие результаты, полученные на ускорителе Теватрон, в 100 раз.
Эти результаты открывают путь для будущих исследований нарушения симметрии Лоренца на основе данных о топ-кварках, которые будут получены в ходе третьего запуска БАК.
