顶夸克遵循狭义相对论通过最强测验
发布时间: 2025-01-29 11:15:16
紧凑缪子线圈。图片来源：欧洲核子研究中心官网
科技日报北京1月27日电 （记者张佳欣）在欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）上，紧凑缪子线圈、合作组进行了一项研究，旨在检验顶夸克是否遵循爱因斯坦的狭义相对论，而狭义相对论通过了这一最强加速器测验。研究成果发表在最新一期的《物理学快报B》期刊上。
120年前，爱因斯坦提出了狭义相对论，它与量子力学共同构成了粒子物理学标准模型的基础。这一模型的核心是洛伦兹对称性，即实验结果不应依赖于实验的方向或速度。尽管历经多次试图推翻它的尝试，狭义相对论依然稳固。然而，某些理论如特定的弦理论模型预测，在极高能量下，狭义相对论可能不再适用，实验观测结果可能会受时空方向的影响。
由于地球自转，LHC中质子束的方向以及由此产生的顶夸克的方向也会随之变化。虽然LHC中的质子束在空间中的方向固定，但随着地球旋转，这些束流及产生的粒子相对于地面观察者的方向会发生改变。
如果自然界存在一个特殊的时空方向偏好（这与狭义相对论不符），那么顶夸克对的产生速率将随地球相对于实验位置的变化而在一天内有所不同。这种变化暗示着洛伦兹对称性的破坏，意味着需要超越爱因斯坦理论的新物理学解释。
此次，团队通过分析顶夸克对在LHC上的产生情况，寻找洛伦兹对称性破缺的迹象。如果实验结果确实受到实验方向的影响，则顶夸克对的产生速率应随时间而变化。然而，团队在分析LHC第二次运行期间收集的数据后发现，无论何时进行实验，顶夸克对的产生速率均保持不变。
这一结果表明，在时空中没有检测到任何优先方向，洛伦兹对称性成立，爱因斯坦的狭义相对论依然有效。该发现为未来利用LHC第三次运行期间收集的顶夸克数据继续探索洛伦兹对称性破缺奠定了基础，并为涉及其他重粒子（如希格斯玻色子、W玻色子和Z玻色子）的研究开辟了新的道路。
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