آينشتاين يفوز مرة أخرى! يجد الكواركات قوانين النسبية ،

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

هل هناك وقت من النهار أو الليل الذي يتوقف فيه ثقل جسيم أولي في الطبيعة عن طاعة قواعد آينشتاين؟ إن الإجابة على هذا السؤال ، كما يبدو غريباً ، يمكن أن تخبر العلماء بشيء مهم للغاية لقوانين الفيزياء التي تحكم الكون.

في تجربة فريدة من نوعها من نوعها التي أجريت في أقوى مسرع للجسيمات في العالم ، ومصادم هادرون الكبير (LHC) ، حاول العلماء اكتشاف ما إذا كان ثقل الجسيم الابتدائي في الكون-جسيمًا لا يتكون من جزيئات أصغر أخرى-دائمًا يطيع نظرية أينشتاين 1905 من النسبية الخاصة.

وبشكل أكثر تحديداً ، أراد الفريق الذي يشغل كاشف الملف اللولبي المدمج لـ LHC (CMS) أن يعرف ما إذا كان أحد القواعد التي تم بناء النسبية الخاصة عليها ، والتي تسمى “Symmetry Lorentz” ، يحمل دائمًا للكواركات العليا.

ينص متماثل Lorentz على أن قوانين الفيزياء يجب أن تكون هي نفسها لجميع المراقبين الذين لا يتسارعون. هذا يعني أن نتائج التجربة يجب أن تكون مستقلة عن اتجاه التجربة ، أو السرعة التي تعمل بها.

ومع ذلك ، تشير بعض النظريات إلى أنه في الطاقات العالية للغاية ، تفشل النسبية الخاصة نتيجة انتهاك Lorentz أو كسر التماثل Lorentz.

لذلك يمكن أن تختلف قوانين الفيزياء للمراقبين في إطارات مرجعية مختلفة. هذا يعني أن الملاحظات التجريبية ستعتمد على اتجاه التجربة في الفضاء (التوحيد الرباعي للمكان والوقت). من شأن ذلك أن يؤدي إلى حدوث هزيمة في العديد من أفضل نظرياتنا من الكون ، بما في ذلك النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، والتي تأسست على النسبية الخاصة.

“يمكن ملاحظة بقايا هذا الانحدار التماثل في Lorentz في الطاقات السفلية ، كما هو الحال في طاقات LHC ، ولكن على الرغم من الجهود السابقة ، لم يتم العثور عليها في LHC أو غيرهم من المصاعدين ، “كتب تعاون CMS في بيان.

بدأ فريق CMS في البحث عن مثل هذه بقايا التناظر في Lorentz باستخدام أزواج من أثقل جسيمات أولية في الطبيعة ، وهي الكوارك العلوية.

Quark على مدار الساعة!

الكواركات هي الجزيئات في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات التي تربط وتتألف من جزيئات مثل البروتونات والنيوترونات.

هناك ستة “نكهات” من Quark مع زيادة الجماهير: لأعلى ، أسفل (موجودة في البروتونات والنيوترونات) ، السحر ، غريب ، أعلى ، وأسفل. أثقل هذه هي الكوارك العلوية ، التي تمتلك حول نفس الكتلة مثل ذرة الذهب (حوالي 173 جيجا إلكترونفولتس).

لقد تسبب باحثو CMS في أنه إذا كانت التصادمات بين البروتونات تسارعت إلى سرعات قريبة من الضوء في LHC تعتمد على التوجه ، فإن المعدل الذي يجب أن يختلف فيه الأزواج العلوية التي تنتجها مثل هذه الأحداث مع مرور الوقت.

ذلك لأنه ، مع تدوير الأرض ، يتغير اتجاه الحزم البروتون لتصادم الجسيمات في تسارع الجسيمات القوي. وبالتالي ، يجب أن يتغير اتجاه الكواركات العليا التي أنشأتها مثل هذه التصادمات أيضًا.

بعنف ، هذا يعني أن عدد الكواركات التي تم إنشاؤها يجب أن يعتمد على وقت اليوم الذي تحدث فيه الاصطدامات!

وبالتالي ، إذا كان هناك اتجاه مفضل في وقت الفضاء وعلامات تكاثر Lorentz ، فيجب أن يكون هناك انحراف عن معدل ثابت لإنتاج زوج الكوارك الأعلى في LHC يعتمد على وقت اليوم الذي تجري فيه التجربة!

باستخدام بيانات من Run 2 من LHC ، والتي أجريت بين عامي 2015 و 2018 ، لم يجد تعاون CMS أي انحراف من هذا القبيل.

هذا يعني أنهم لم يجدوا أي علامة على كسر تناظر Lorentz ، وبالتالي لا يوجد دليل على أن الكواركات العليا تتحدى آينشتاين بغض النظر عن الطريقة التي يتم بها توجيه عوارض البروتون (أو في أي وقت من تصادمات اليوم).

لذلك ، نظرية آينشتاين النسبية آمنة على مدار الساعة. حسنًا ، الآن ، على الأقل.

القصص ذات الصلة:

– قصص فيزياء الجسيمات التي فجرت عقولنا في عام 2023

– صقل مون صغير ، هزت فيزياء الجسيمات إلى جوهرها

– جسيم هيغز جديد غريب قد سرقت المضاد من عالمنا

بدأ تشغيل التشغيل الثالث والأكثر قوة من LHC في عام 2022 ومن المقرر أن يختتم العام المقبل. سيبحث الفريق عن علامات تناسق Lorentz في تصادمات بروتون بروتون عالية الطاقة.

وكتب تعاون CMS: “تمهد النتائج الطريق للبحث عن عمليات البحث المستقبلية عن كسر التناظر في Lorentz استنادًا إلى بيانات المرحلة الأولى من الجولة الثالثة من LHC”. “يفتحون أيضًا الباب أمام تدقيق العمليات التي تنطوي على جزيئات ثقيلة أخرى لا يمكن التحقيق فيها إلا في LHC ، مثل هيغز بوسون و ث و ض البوسون “.

تم نشر بحث الفريق في نهاية عام 2024 في مجلة فيزياء رسائل ب.