科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
在歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）上，緊湊繆子線圈、合作組進(jìn)行了一項(xiàng)研究，旨在檢驗(yàn)頂夸克是否遵循愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，而狹義相對(duì)論通過(guò)了這一最強(qiáng)加速器測(cè)試。研究成果發(fā)表在最新一期的《物理學(xué)快報(bào)B》期刊上。
120年前，愛(ài)因斯坦提出了狹義相對(duì)論，它與量子力學(xué)共同構(gòu)成了粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)。這一模型的核心是洛倫茲對(duì)稱性，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果不應(yīng)依賴于實(shí)驗(yàn)的方向或速度。盡管歷經(jīng)多次試圖推翻它的嘗試，狹義相對(duì)論依然穩(wěn)固。然而，某些理論如特定的弦理論模型預(yù)測(cè)，在極高能量下，狹義相對(duì)論可能不再適用，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果可能會(huì)受時(shí)空方向的影響。
由于地球自轉(zhuǎn)，LHC中質(zhì)子束的方向以及由此產(chǎn)生的頂夸克的方向也會(huì)隨之變化。雖然LHC中的質(zhì)子束在空間中的方向固定，但隨著地球旋轉(zhuǎn)，這些束流及產(chǎn)生的粒子相對(duì)于地面觀察者的方向會(huì)發(fā)生改變。
如果自然界存在一個(gè)特殊的時(shí)空方向偏好（這與狹義相對(duì)論不符），那么頂夸克對(duì)的產(chǎn)生速率將隨地球相對(duì)于實(shí)驗(yàn)位置的變化而在一天內(nèi)有所不同。這種變化暗示著洛倫茲對(duì)稱性的破壞，意味著需要超越愛(ài)因斯坦理論的新物理學(xué)解釋。
此次，團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析頂夸克對(duì)在LHC上的產(chǎn)生情況，尋找洛倫茲對(duì)稱性破缺的跡象。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果確實(shí)受到實(shí)驗(yàn)方向的影響，則頂夸克對(duì)的產(chǎn)生速率應(yīng)隨時(shí)間而變化。然而，團(tuán)隊(duì)在分析LHC第二次運(yùn)行期間收集的數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，無(wú)論何時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，頂夸克對(duì)的產(chǎn)生速率均保持不變。
這一結(jié)果表明，在時(shí)空中沒(méi)有檢測(cè)到任何優(yōu)先方向，洛倫茲對(duì)稱性成立，愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論依然有效。該發(fā)現(xiàn)為未來(lái)利用LHC第三次運(yùn)行期間收集的頂夸克數(shù)據(jù)繼續(xù)探索洛倫茲對(duì)稱性破缺奠定了基礎(chǔ)，并為涉及其他重粒子（如希格斯玻色子、W玻色子和Z玻色子）的研究開(kāi)辟了新的道路。
