CERN 大型强子对撞机 CMS 合作组织的物理学家测试了顶夸克是否符合阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论。
CMS 束管的安装。图片来源：CERN / CMS 合作。
阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论与量子力学一起成为粒子物理学标准模型的基础。
其核心是一个称为洛伦兹对称性的概念：实验结果与实验的方向或速度无关。
狭义相对论经受住了时间的考验。然而，一些理论，包括弦理论的特定模型，预测在非常高的能量下，狭义相对论将不再起作用，实验观测将取决于实验在时空中的方向。
这种洛伦兹对称破缺的残余物可以在较低能量下观察到，例如大型强子对撞机（LHC）的能量，但尽管之前做出了努力，但尚未在大型强子对撞机或其他对撞机上发现它们。
在一项新研究中，CMS 物理学家利用一对顶夸克（已知质量最大的基本粒子）寻找大型强子对撞机中洛伦兹对称性破缺的情况。
他们说：“在这种情况下，对实验方向的依赖意味着大型强子对撞机的质子-质子碰撞中产生顶夸克对的速率会随着时间而变化。”
“更准确地说，由于地球绕其轴旋转，大型强子对撞机质子束的方向和 CMS 实验中心碰撞中产生的顶夸克的平均方向也会根据一天中的时间而变化。”
“因此，如果时空存在优先方向，顶夸克对的生产率将随着一天中的时间而变化。”
“因此，发现与恒定速率的偏差就相当于发现时空的优先方向。”
该团队的新结果基于大型强子对撞机第二次运行的数据，与恒定速率一致，这意味着洛伦兹对称性没有被破坏，爱因斯坦的狭义相对论仍然有效。
研究人员利用这一结果对对称性成立时预测为空的参数的大小设定了限制。
与先前在前 Tevatron 加速器上寻找洛伦兹对称性破缺的结果相比，所获得的极限提高了 100 倍。
科学家们表示：“这些结果为未来基于第三次大型强子对撞机的顶夸克数据寻找洛伦兹对称性破缺铺平了道路。”
“它们还为审查涉及其他重粒子的过程打开了大门，这些重粒子只能在大型强子对撞机上进行研究，例如希格斯玻色子以及 W 和 Z 玻色子。”
这学习发表于该杂志 2024 年 10 月号物理字母B。
_____
内容管理系统协作。 2024. 使用 13 TeV 质子-质子碰撞中的双轻子事件来搜索顶夸克对产生中洛伦兹不变性的违反。物理字母B857：138979； doi：10.1016/j.physletb.2024.138979
