Найважча частинка у Всесвіті: фізики кинули виклик теорії Ейнштейна. Які результати цього дослідження?

У 1905 році Альберт Ейнштейн створив спеціальну теорію відносності, яка визначає, як пов'язані між собою час, простір і енергія, а також те, як елементарні частинки рухаються в просторі практично зі швидкістю світла. Фізики вирішили з'ясувати, чи завжди найважча елементарна частинка у Всесвіті підпорядковується цій теорії. Ця частинка може вказати шлях до абсолютно нової фізики, тому такі експерименти на Великому адронному колайдері мають дуже важливе значення. Дослідження опубліковано в журналі Physics Letters B, пише Space.

Зокрема, фізики хотіли з'ясувати, чи завжди працює одне з основоположних правил теорії Ейнштейна, яке називається симетрією Лоренца, для істинних кварків. Симетрія Лоренца стверджує, що закони фізики мають бути однаковими для всіх спостерігачів, які не прискорюються. Це означає, що результати експерименту не повинні залежати від орієнтації експерименту або швидкості, з якою він проходить.

Існують теорії, які припускають, що під час експериментів в прискорювачі частинок при дуже високій енергії симетрія Лоренца порушується, а отже, перестає діяти і спеціальна теорія відносності. Але будь-яке порушення симетрії Лоренца може вказувати на наявність нової фізики, адже воно є відхиленням від Стандартної моделі фізики елементарних частинок.

Якщо симетрія Лоренца порушується, то закони фізики можуть відрізнятися для спостерігачів у різних системах відліку. Це означає, що будь-які результати спостережень залежать від орієнтації експерименту в просторі-часі.

Фізики вирішили з'ясувати, чи існує порушення симетрії Лоренца за допомогою пар істинних кварків. Нагадаємо, що з кварків складаються протони і нейтрони, які утворюють ядро атома. Вчені вирішили з'ясувати, чи змінюється швидкість утворення істинних кварків під час зіткнення протонів на Великому адронному колайдері в залежності від часу доби.

Якщо зіткнення протонів, що рухаються практично зі швидкістю світла, залежать від орієнтації протонного пучка, то швидкість, з якою виникають пари істинних кварків, повинна змінюватися з часом. Це відбувається тому, що в міру обертання нашої планети напрямок протонних пучків у прискорювачі частинок змінюється. Тому напрямок істинних кварків також повинно змінитися. Це означає, що кількість створених кварків повинно залежати від того, у який час доби відбувається зіткнення протонів.

За словами фізиків, якщо існує переважний напрямок у просторі-часі та порушення симетрії Лоренца, то повинно існувати відхилення від постійної швидкості утворення пар істинних кварків в залежності від часу доби, коли проводиться експеримент. Якщо таке відхилення буде виявлено, то це означатиме, що існує нова фізика, що виходить за межі спеціальної теорії відносності Ейнштейна та Стандартної моделі фізики елементарних частинок, на якій ґрунтується теорія.

В результаті експерименту з істинними кварками фізики не виявили жодних порушень симетрії Лоренца, а отже, немає жодних доказів того, що істинні кварки кидають виклик теорії Ейнштейна, незалежно від того, як спрямовані протонні пучки або в який час доби відбуваються зіткнення протонів.

Виходячи з цього, спеціальна теорія відносності успішно пройшла перевірку. Але фізики все ж прагнуть провести новий експеримент, використовуючи зіткнення протонів з більшою енергією. Також вчені хочуть використовувати інші важкі частинки, такі як бозон Хіггса та W-бозон. Можливо, нові експерименти покажуть, що Ейнштейн помилявся, і існує інша фізика. Але поки що спеціальну теорію відносності зруйнувати не вдалося.