Специалисты, работающие с компактным мюонным соленоидом на Большом адронном коллайдере (БАК), впервые провели исследование, которое позволило проверить соответствие поведения топ-кварков специальной теории относительности Эйнштейна. При этом в проведении эксперимента ученым помогло само вращение Земли. И таким образом удалось подтвердить фундаментальный принцип Лоренцевой симметрии.
Фундаментом всей Стандартной модели физики элементарных частиц наряду с квантовой механикой является и Специальная теория относительности, в основе которой как раз и лежит концепция Лоренцевой симметрии, согласно которой результаты экспериментов не зависят от ориентации или скорости проведения эксперимента.
Однако некоторые теории, в том числе и определенные вариации теории струн, указывают на то, что при чрезвычайно высоких энергиях специальная теория относительности может нарушаться. А значит, результаты опытов и измерений будут зависеть от их ориентации в пространстве-времени.
При этом теоретически следы такого нарушения Лоренцевой симметрии вполне можно наблюдать и при куда более низких энергиях, которые вполне уже достижимы и на БАК.
И чтобы проверить это теоретическое утверждение, ученые изучали поведение пар топ-кварков – наиболее массивных из известных на текущий момент элементарных частиц.
Так вот, если бы все-таки такое нарушение Лоренцевой симметрии существовало, то скорость образования топ-кварков в протон-протонных столкновениях изменялась бы в зависимости от времени суток. А все из-за вращения Земли вокруг своей оси, в ходе которой изменялась бы ориентация пучков протонов и направление вылета топ-кварков относительно «предпочтительного» направления в пространстве-времени.
Однако анализ собранных данных на БАК показал, что скорость образования топ-кварков была постоянная и не зависела от времени суток и положения Земли.
Более того, проанализированные данные позволили также установить более жесткие ограничения на параметры все-таки возможного нарушения симметрии, улучшив предыдущие измерения сразу в 100 раз.
Ну что ж, это далеко не конец исследований. И ученые продолжат искать возможные нарушения Лоренцевой симметрии и будут проверять уже другие тяжелые частицы, например, тот же бозон Хиггса и W- и Z-бозоны.
Однако с топ-кварками специальная теория относительности Эйнштейна подтверждена.