Фізики за допомогою найважчої частинки у Всесвіті намагалися спростувати теорію Ейнштейна: які результати вони отримали?

120 років тому Альберт Ейнштейн представив спеціальну теорію відносності, яка неодноразово піддавалася спробам спростування. Ця теорія визначає, як частинки рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла, і як пов'язані час, простір і енергія. За допомогою найпотужнішого у світі прискорювача частинок, тобто Великого адронного коллайдера, фізики перевірили, чи підкоряються істинні кварки спеціальній теорії відносності. Істинні кварки є найважчими фундаментальними частинками у Всесвіті, маса яких приблизно у 340 000 разів більша за масу електрона. Вчені вважають, що ця частинка може розкрити принципи, що виходять за межі Стандартної моделі фізики елементарних частинок, яка базується на спеціальній теорії відносності, а отже, вказати на існування нової фізики. Результати дослідження опубліковані у журналі Physics Letters B, пише Interesting Engineering.

Фізики розробили експеримент, щоб перевірити, чи можуть пари істинних кварків порушити симетрію Лоренца, характерну рису спеціальної теорії відносності Ейнштейна.

Симетрія Лоренца — це концепція, яка передбачає, що закони фізики інваріантні, тобто незмінні, щодо перетворень Лоренца. Ці перетворення є набором математичних рівнянь, які описують, як змінюються координати простору і часу при переході з однієї системи відліку спостерігача в іншу.

Будь-яке порушення симетрії Лоренца вважається відхиленням від Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Вчені шукали такі порушення під час експерименту, в ході якого вони перевіряли, чи змінюється швидкість утворення пар істинних кварків при зіткненні протонів залежно від часу доби.

Під час обертання Землі навколо своєї осі напрямок пучків протонів у Великому адронному коллайдері та напрямок, у якому створюються істинні кварки при зіткненнях протонів, змінюється. Це відбувається через те, що пучки протонів направлені у фіксованому напрямку в просторі, але в міру обертання нашої планети напрямок цих пучків і частинок, які створюються, відносно спостерігача змінюється.

Якщо існує особливий напрямок у просторі-часі, яке не передбачене спеціальною теорією відносності Ейнштейна, то швидкість утворення пар істинних кварків повинна змінюватися протягом доби в міру зміни положення Землі відносно експерименту. Якби таке зміна була виявлена, то це означало б порушення симетрії Лоренца, а отже, існування нової фізики поза межами спеціальної теорії відносності Ейнштейна.

Коли фізики проаналізували дані експерименту, вони не виявили жодних змін. Швидкість утворення пар істинних кварків залишалася сталою, незалежно від часу доби. Це означає, що симетрія Лоренца не була порушена, як і не вдалося спростувати теорію Ейнштейна. Це вкотре доводить, що Ейнштейн все ж був правий.