Gibt es eine Tages- oder Nachtzeit, zu der das schwerste Elementarteilchen der Natur eingehört, Einsteins Regeln zu gehorchen? Die Antwort auf diese Frage, so bizarr, wie es scheint, könnte Wissenschaftlern etwas sehr wichtiges über die Gesetze der Physik für den Kosmos erzählen.
In einem einzigartigen Experiment, das am stärksten Partikelbeschleuniger der Welt, dem großen Hadron-Kollider (LHC), durchgeführt wurde, haben Wissenschaftler versucht zu entdecken Einsteins 1905 Theorie der besonderen Relativitätstheorie.
Insbesondere das Team, das den LHC -Detektor des kompakten Myon -Magneten (CMS) betreibt, wollte wissen, ob eine der Regeln, für die eine besondere Relativitätstheorie “Lorentz Symmetry” aufgebaut wird, immer für Top -Quarks gilt.
Lorentz Symmetrie besagt, dass die Gesetze der Physik für alle Beobachter gleich sein sollten, die nicht beschleunigen. Das bedeutet, dass die Ergebnisse eines Experiments unabhängig von der Ausrichtung des Experiments oder der Geschwindigkeit, mit der es ausgeführt wird.
Einige Theorien legen jedoch nahe, dass bei extrem hohen Energien eine besondere Relativitätstheorie aufgrund von Lorentz -Verstoß oder Lorentz -Symmetrie -Brechen ausfällt.
Die Gesetze der Physik können daher für Beobachter in verschiedenen Referenzrahmen unterschiedlich sein. Dies würde bedeuten, dass experimentelle Beobachtungen von der Ausrichtung des Experiments in der Raum-Zeit (der vierdimensionalen Vereinigung von Raum und Zeit) abhängen würden. Dies würde in vielen unserer besten Theorien des Kosmos zu einer Umschüttung führen, einschließlich des Standardmodells der Partikelphysik, das auf einer speziellen Relativitätstheorie beruht.
“Überreste solcher Lorentz -Symmetrie -Brechen könnten bei niedrigeren Energien wie bei den Energien des LHC beobachtet werden, aber trotz früherer Bemühungen wurden sie bei LHC oder anderen Kollidern nicht gefunden”, schrieb die CMS -Zusammenarbeit in einer Erklärung.
Das CMS -Team suchte nach solchen Überresten der Lorentz -Symmetrie, die unter Verwendung von Paaren des schwersten Elementarteilchens der Natur, dem oberen Quark, brechen.
Quark rund um die Uhr!
Quarks sind die Partikel im Standardmodell der Partikelphysik, die zusammenbinden und Partikel wie Protonen und Neutronen umfassen.
Es gibt sechs “Geschmacksrichtungen” von Quark mit zunehmenden Massen: Up, Down (in Protonen und Neutronen), Charme, seltsam, oben und unten. Das schwerste von diesen ist das Top-Quark, das in der gleichen Masse wie ein Goldatom (ca. 173 Giga-Elektronenvolts) besitzt.
Die CMS-Forscher argumentierten, dass, wenn die Kollisionen zwischen Protonen auf nahezu leichten Geschwindigkeiten in der LHC beschleunigt wurden, von der Orientierung abhängen, die Rate, mit der die von solchen Ereignisse erzeugten hochwertigen Paare mit der Zeit variieren sollten.
Das liegt daran, dass sich die Richtung der Protonenstrahlen, die für Partikelkollisionen im starken Partikelbeschleuniger erzeugt werden, im Drehen der Erde ändert sich. Daher sollte sich auch die Richtung der oberen Quarks ändern, die durch solche Kollisionen erzeugt werden.
Das bedeutet wild, dass die Anzahl der erstellten Quarks davon abhängt, zu welcher Tageszeit die Kollisionen stattfinden!
Wenn es also eine bevorzugte Richtung in der Raumzeit gibt und Anzeichen von Lorentz-Symmetrie-Brechen vorliegen, sollte eine Abweichung von einer konstanten Rate der Produktion von Top-Quark-Paaren in der LHC-Abhängigkeit von der Tageszeit, die das Experiment durchgeführt wird, abhängig sein!
Unter Verwendung von Daten aus dem Lauf 2 des LHC, das zwischen 2015 und 2018 durchgeführt wurde, fand die CMS -Zusammenarbeit keine solche Abweichung.
Das bedeutet, dass sie keine Anzeichen dafür fanden, dass die Lorentz -Symmetrie bricht, und daher keine Hinweise darauf, dass Top -Quarks Einstein trotzen, unabhängig davon, wie Protonenstrahlen ausgerichtet sind (oder welche Tageszeitkollisionen aufgetreten sind).
Einsteins Relativitätstheorie ist also rund um die Uhr sicher. Zumindest vorerst.
Der verbesserte LHC -dritte und leistungsfähigere Betriebslauf begann im Jahr 2022 und wird im nächsten Jahr abgeschlossen. Das Team wird nach Anzeichen einer Lorentz-Symmetrie suchen, die bei höheren Energien-Protonen-Proton-Kollisionen brechen.
“Die Ergebnisse ebnen den Weg für die zukünftige Suche nach Lorentz Symmetry Breaking basierend auf Top-Quark-Daten aus dem dritten Lauf des LHC”, schrieb die CMS-Zusammenarbeit. “Sie öffnen auch die Tür für die Prüfung von Prozessen, an denen andere schwere Partikel beteiligt sind, die nur am LHC untersucht werden können, wie dem Higgs Boson und der W- und Z -Bosonen.”
Die Forschung des Teams wurde Ende 2024 in der Zeitschrift Physics Letters B. veröffentlicht. B.
