CMS prueba si los quarks top siguen las reglas de Einstein

En el primer estudio de este tipo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), la colaboración CMS ha probado si los quarks top se adhieren a la teoría especial de la relatividad de Einstein. La investigación es publicado en el diario Letras de Física B.

Junto con mecánica cuánticaLa teoría especial de la relatividad de Einstein sirve como base del modelo estándar de la física de partículas. En esencia, hay un concepto llamado simetría de Lorentz: los resultados experimentales son independientes de la orientación o la velocidad del experimento con el que se toman.

La relatividad especial ha resistido la prueba del tiempo. Sin embargo, algunas teorías, incluidos modelos particulares de la teoría de cuerdas, predicen que, a energías muy altas, la relatividad especial ya no funcionará y las observaciones experimentales dependerán de la orientación del experimento en el espacio-tiempo.

Los restos de tal ruptura de la simetría de Lorentz podrían observarse a energías más bajas, como las energías del LHC, pero a pesar de los esfuerzos anteriores, no se han encontrado en el LHC ni en otros colisionadores.

En su estudio reciente, la colaboración CMS buscó la ruptura de la simetría de Lorentz en el LHC utilizando pares de quarks superiores, las partículas elementales más masivas conocidas. En este caso, una dependencia de la orientación del experimento significaría que la velocidad a la que se producen los pares de quarks superiores en las colisiones protón-protón en el LHC variaría con el tiempo.

Más precisamente, dado que la Tierra gira alrededor de su eje, la dirección de los haces de protones del LHC y la dirección promedio de quarks superiores producidos en las colisiones en el centro del experimento CMS también cambian según la hora del día.

En consecuencia, y si hay una dirección preferencial en el espacio-tiempo, la tasa de producción del par de quarks superiores variaría con la hora del día. Por lo tanto, encontrar una desviación de una tasa constante equivaldría a descubrir una dirección preferencial en el espacio-tiempo.

El nuevo resultado del CMS, que se basa en datos de la segunda ejecución del LHC, coincide con una velocidad constante, lo que significa que la simetría de Lorentz no está rota y la de Einstein relatividad especial sigue siendo válido. Los investigadores de CMS utilizaron el resultado para establecer límites a la magnitud de los parámetros que se predice que serán nulos cuando se cumple la simetría.

Los límites obtenidos mejoran hasta en un factor de 100 con respecto a los resultados de una búsqueda previa de la ruptura de la simetría de Lorentz en el antiguo acelerador Tevatron.

Los resultados allanaron el camino para futuras búsquedas de ruptura de simetría de Lorentz basadas en datos de quarks superiores de la tercera ejecución del LHC. También abren la puerta al escrutinio de procesos que involucran otras partículas pesadas que sólo pueden investigarse en el LHC, como el bosón de Higgs y los bosones W y Z.