CERN 大型強子對撞機 CMS 合作組織的物理學家測試了頂夸克是否符合阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論。
CMS 束管的安裝。圖片來源：CERN / CMS 合作。
阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論與量子力學一起成為粒子物理學標準模型的基礎。
其核心是一個稱為洛倫茲對稱性的概念：實驗結果與實驗的方向或速度無關。
狹義相對論經受住了時間的考驗。然而，一些理論，包括弦理論的特定模型，預測在非常高的能量下，狹義相對論將不再起作用，實驗觀測將取決於實驗在時空中的方向。
這種洛倫茲對稱破缺的殘餘物可以在較低能量下觀察到，例如大型強子對撞機（LHC）的能量，但儘管之前做出了努力，但尚未在大型強子對撞機或其他對撞機上發現它們。
在一項新研究中，CMS 物理學家利用一對頂夸克（已知質量最大的基本粒子）尋找大型強子對撞機中洛倫茲對稱性破缺的情況。
他們說：“在這種情況下，對實驗方向的依賴意味著大型強子對撞機的質子-質子碰撞中產生頂夸克對的速率會隨著時間而變化。”
“更準確地說，由於地球繞其軸旋轉，大型強子對撞機質子束的方向和 CMS 實驗中心碰撞中產生的頂夸克的平均方向也會根據一天中的時間而變化。”
“因此，如果時空存在優先方向，頂夸克對的生產率將隨著一天中的時間而變化。”
“因此，發現與恆定速率的偏差就相當於發現時空的優先方向。”
該團隊的新結果基於大型強子對撞機第二次運行的數據，與恆定速率一致，這意味著洛倫茲對稱性沒有被破壞，愛因斯坦的狹義相對論仍然有效。
研究人員利用這一結果對對稱性成立時預測為空的參數的大小設定了限制。
與先前在前 Tevatron 加速器上尋找洛倫茲對稱性破缺的結果相比，所獲得的極限提高了 100 倍。
科學家們表示：“這些結果為未來基於第三次大型強子對撞機的頂夸克數據尋找洛倫茲對稱性破缺鋪平了道路。”
“它們還為審查涉及其他重粒子的過程打開了大門，這些重粒子只能在大型強子對撞機上進行研究，例如希格斯玻色子以及 W 和 Z 玻色子。”
這學習發表於該雜誌 2024 年 10 月號物理字母B。
_____
內容管理系統協作。 2024. 使用 13 TeV 質子-質子碰撞中的雙輕子事件來搜索頂夸克對產生中洛倫茲不變性的違反。物理字母B857：138979； doi：10.1016/j.physletb.2024.138979
