Кварки остаются неделимыми: новые данные с Большого адронного коллайдера

На протяжении десятилетий физики исследуют фундаментальные частицы, пытаясь понять пределы их делимости. Кварки, которые вместе с лептонами считаются элементарными составляющими вещества, долгое время рассматривались как потенциально составные объекты. Теории предполагали, что внутри кварков могут существовать более мелкие компоненты, недоступные для обнаружения современными методами измерения.

Ученые коллаборации CMS на Большом адронном коллайдере провели серию экспериментов, чтобы проверить эту гипотезу. Они анализировали столкновения протонов, которые распадаются на кварки внутри детектора. Исследователи изучали углы рассеяния между образовавшимися потоками частиц, что позволило им сделать выводы о внутренней структуре кварков.

Результаты экспериментального поиска

Данные, полученные в ходе экспериментов, показали распределение углов рассеяния, соответствующее модели, в которой кварки существуют как цельные частицы. Физики исследовали кварки до масштаба 10⁻²⁰ метров и не обнаружили признаков существования более мелких объектов внутри этих фундаментальных частиц. Это означает, что если кварк действительно составной, то составляющие его объекты не могут быть размером больше указанного предела.

Сами кварки ученые оценивают в размере примерно 10⁻¹⁹ метров, что оставляет чрезвычайно узкое пространство для потенциальных внутренних структур. Исследователи также вычислили энергетический масштаб, на котором могло бы существовать неизвестное внутреннее взаимодействие, способное проявить композитность кварков. Если такое взаимодействие существует, его энергия должна превышать 37 тераэлектронвольт.

Ограничения и перспективы дальнейших исследований

Текущие энергии столкновений на БАК примерно в три раза ниже этого порога, что объясняет, почему композитность кварков пока не обнаружена. Ученые подчеркивают, что поиск не окончен — они не могут с абсолютной уверенностью утверждать, что внутри кварка ничего нет. Потенциальные более мелкие структуры могут быть обнаружены при более высоких энергиях столкновения в будущих циклах работы коллайдера.

Текст исследования доступен на сервисе arXiv и на собственном сайте CMS. Эти результаты вносят важный вклад в понимание фундаментальной структуры материи и продолжают традицию исследований, начатую с открытия микробов, молекул, атомов, атомных ядер и самих кварков.

Работа на Большом адронном коллайдере продолжается, и ученые надеются, что будущие эксперименты с более высокими энергиями смогут либо окончательно подтвердить неделимость кварков, либо открыть новый уровень структуры материи. Детектор CMS, как один из универсальных детекторов элементарных частиц на БАК, продолжает регистрировать последствия высокоэнергетических столкновений, предоставляя данные для анализа структуры вещества.