Тауоний: Най-малкият и най-тежък атом само с електромагнитно взаимодействие

Ваня Милева Последна промяна на 14 май 2024 в 00:00 1428 0

Тауоний: Най-малкият и най-тежък атом с чисто електромагнитно взаимодействие

Кредит Science Bulletin (2024). DOI: 10.1016/j.scib.2024.04.003

Тауоний: Най-малкият и най-тежък атом с чисто електромагнитно взаимодействие

Някога водородният атом е смятан за най-простия атом в природата, съставен от елементарната частица електрон и съставната частица протон.

С напредването на изследванията обаче учените откриват по-прост тип атом, състоящ се само от елементарни частици - електрони, мюони или тау частици и техните също толкова елементарни античастици.

Тези атоми са свързани помежду си единствено чрез електромагнитни взаимодействия, без силното и слабото ядрени взаимодействия (както е при повечето атоми).

Те са с по-прости структури от водородните атоми, предоставяйки нова гледна точка към научни проблеми като квантовата механика, фундаменталната симетрия и гравитацията.

Досега са открити само два типа атоми с чисти електромагнитни взаимодействия: електрон-позитронно свързано състояние, открито през 1951 г., и електрон-антимуонно свързано състояние, открито през 1960 г. През последните 64 години не е имало други признаци за такива атоми с чисти електромагнитни взаимодействия, въпреки че има някои предложения за търсенето им в космически лъчи или високоенергийни колайдери.

Тауоният, съставен от тау-частица и нейната античастица, има радиус  само 30,4 фемтометъра (1 фемтометър = 10 -15 метра), приблизително 1/1741 от радиуса на Бор на водороден атом. Това означава, че тауоният може да тества фундаменталните принципи на квантовата механика и квантовата електродинамика в по-малки мащаби, осигурявайки мощен инструмент за изследване на загадките на света на микроматериалите.

Наскоро в Science Bulletin бе публикувано изследване, озаглавено "Novel method for identifying the heaviest QED atom" (Нов метод за идентифициране на най-тежкия QED атом), което предлага нов подход за откриване на тауония).

При ускоряването на частици до много високи енергии и сблъскването им с други частици може да се очаква да се роди двойка други частици и античастици (по закона E=m.c2), общата маса на които е равна на общата енергия на сблъскващите се частици.

Проучването демонстрира, че чрез събиране на данни близо до прага на производството на двойка тау-частица/античастица в ускорител на електрони и позитрони и избиране на сигнални събития, съдържащи заредени частици, придружени от неоткритите неутрино, отнасящи енергия, значимостта на наблюдението на тауония ще надхвърли 5σ. Това показва сериозни експериментални доказателства за съществуването на тауоний.

Проучването установи също, че използвайки същите данни, прецизността на измерване на масата на тау-лептона може да бъде подобрена до безпрецедентно ниво от 1 keV, два порядъка по-висока от най-високата точност, постигната от настоящите експерименти. Това постижение не само ще допринесе за прецизното тестване на електрослабата теория в Стандартния модел, но също така ще има дълбоки последици за фундаментални въпроси на физиката, като универсалността на видовете лептони.

Това постижение служи като една от най-важните физически цели на изграждането на ускорителите Super Tau-Charm Facility (STCF) в Китай или Super Charm-Tau Factory (SCTF) в Русия - за да се открие най-малкият и най-тежкият атом с чисти електромагнитни взаимодействия чрез пускане ускорителите близо до прага на създаването на двойка тау-лептони за една година и за измерване на масата на тау-лептон с висока точност.

Справка: Jing-Hang Fu et al, Novel method for identifying the heaviest QED atom, Science Bulletin (2024). DOI: 10.1016/j.scib.2024.04.003

ИзточникTauonium: The smallest and heaviest atom with pure electromagnetic interaction, Science China Press

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !