CMS 探测器(图片来源：CERN)

近日，在大型强子对撞机(LHC)上进行的一项开创性研究中，CMS合作组首次测试了顶夸克是否符合爱因斯坦的狭义相对论。这一研究不仅深化了我们对粒子物理学标准模型的理解，也为未来的高能物理实验指明了方向。

爱因斯坦的狭义相对论与量子力学共同构成了粒子物理学标准模型的理论基础。其核心原则之一是洛伦兹对称性，即实验结果与实验的方向或速度无关，这一原则在粒子物理学中占据着举足轻重的地位。

尽管狭义相对论已经经受住了时间的考验，但一些前沿理论，如弦理论的特定模型，预测在极高能量下，狭义相对论可能不再适用，实验观测结果可能会依赖于实验在时空中的方向。这种洛伦兹对称性破坏的残余效应有可能在较低能量下被观察到，例如在LHC的运行能量下。然而，尽管科学家们进行了大量的努力，但之前在LHC或其他对撞机上并未发现这种效应。

在最近的研究中，CMS合作组利用顶夸克对(已知的最重基本粒子)来寻找LHC上的洛伦兹对称性破缺。他们假设，如果实验中存在一个优先的时空方向，那么LHC质子-质子碰撞中顶夸克对的产生速率会随时间而变化。由于地球绕地轴旋转，LHC质子束的方向以及CMS实验中心碰撞产生的顶夸克的平均方向也会随着一天中的时间而变化。因此，找到与恒定速率的偏差就意味着发现了时空中的优先方向。

CMS合作组基于LHC第二次运行的数据进行了这项研究，结果显示，顶夸克对的产生速率与恒定速率一致，这意味着洛伦兹对称性没有被破坏，爱因斯坦的狭义相对论仍然有效。研究人员利用这一结果设定了参数幅度的极限，这些参数在对称性成立时预计为零。与之前在前Tevatron加速器上寻找洛伦兹对称性破坏的结果相比，CMS合作组获得的极限提高了100倍。

这一研究为未来基于LHC第三次运行的顶夸克数据寻找洛伦兹对称性破缺铺平了道路。同时，它还为研究其他只能在LHC上研究的重粒子的过程打开了大门，例如希格斯玻色子以及W和Z玻色子。