Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), провели уникальные эксперименты, чтобы выяснить, сохраняется ли симметрия Лоренца для топ-кварков — самых массивных элементарных частиц. Эти исследования являются частью проверки специальной теории относительности Эйнштейна, которая, вместе с квантовой механикой, лежит в основе Стандартной модели физики элементарных частиц.
Симметрия Лоренца, ключевой принцип теории относительности, утверждает, что результаты экспериментов не должны зависеть от скорости или ориентации эксперимента в пространстве. Однако некоторые теории, такие как определенные версии теории струн, предполагают, что при экстремально высоких энергиях возможны отклонения от этих принципов. В случае нарушения симметрии Лоренца, результаты экспериментов могли бы изменяться в зависимости от направления в пространстве-времени.
Эксперимент на БАК был организован таким образом, чтобы уловить возможные отклонения. Земля вращается вокруг своей оси, из-за чего направления протонных пучков в коллайдере и средние направления топ-кварков, образующихся при столкновениях, изменяются в течение суток. Если бы существовало предпочтительное направление в пространстве-времени, скорость образования топ-кварков должна была бы варьироваться в зависимости от времени дня.
Результаты исследования показали, что скорость образования частиц остается неизменной, независимо от времени суток. Это подтверждает сохранение симметрии Лоренца и в очередной раз доказывает справедливость специальной теории относительности Эйнштейна. Кроме того, полученные ограничения превосходят предыдущие данные, полученные на ускорителе Теватрон, в 100 раз.
Данные эксперимента, проведенного коллаборацией CMS, базируются на втором запуске БАК. Эти результаты усиливают нашу уверенность в фундаментальных физических принципах, лежащих в основе современных научных теорий, и исключают некоторые модели, предсказывающие нарушение симметрии Лоренца. Вклад этих исследований в науку о природе элементарных частиц подтверждает важность Большого адронного коллайдера как инструмента для проверки пределов известных законов физики.
