Тауоний: ученые предсказывают открытие нового типа атома

Атом водорода когда-то считался самым простым атомом в природе, состоящим из бесструктурного электрона и структурированного протона. Однако по мере продвижения исследований ученые обнаружили более простой тип атома, состоящий из бесструктурных электронов, мюонов или тауонов и их столь же бесструктурных античастиц. Эти атомы связаны друг с другом исключительно электромагнитными взаимодействиями и имеют более простую структуру, чем атомы водорода, что открывает новый взгляд на научные проблемы, такие как квантовая механика, фундаментальная симметрия и гравитация.

Ученые из разных стран выдвинули предположение о возможном существовании тауония - уникального атомоподобного образования, состоящего из тяжелого тау-лептона и его античастицы антитау. Открытие и изучение столь экзотического объекта может стать настоящим прорывом в физике элементарных частиц и дать новый импульс развитию фундаментальных теорий.

Ключевой особенностью гипотетического тауония является крошечный радиус его боровской орбиты - всего 30,4 фемтометра, что в 1741 раз меньше, чем у обычного атома водорода. Столь ничтожные масштабы обусловлены колоссальной массой составляющих тауоний частиц - около 1,8 ГэВ. Такие сверхплотные состояния открывают беспрецедентные возможности для экспериментальной проверки законов квантовой механики и квантовой электродинамики в совершенно новом высокоэнергетическом диапазоне.

В журнале Science Bulletin было опубликовано исследование с новаторским методом поиска тауония. Исследователи предложили использовать данные коллайдера электронов и позитронов, собранные вблизи порога производства пар тауонов. Особенность метода заключается в отборе событий, в которых заряженные частицы сопровождаются ненаблюдаемыми нейтрино, уносящими энергию. Это позволяет с высокой точностью фиксировать моменты возникновения тауония.

Результаты предварительных экспериментов показывают, что наблюдение тауония может быть подтверждено с вероятностью, значительно превышающей стандартный критерий 5σ, что является убедительным свидетельством в пользу его существования. Кроме того, использование этих же данных может значительно улучшить точность измерения массы тау-лептона до уровня 1 кэВ, что на два порядка выше текущих экспериментальных достижений. Это открытие может способствовать более точной проверке электрослабой теории в рамках Стандартной модели и дать новое понимание вопросов, связанных с универсальностью лептонных ароматов.

Эти перспективы ставят перед физиками новые амбициозные задачи, решение которых планируется в рамках международных проектов, таких как Супер Тау-Чарм завод в Китае и Супер Чарм-Тау Фабрика в России. Эти установки, работая на пороге создания пар тауонов, будут нацелены на открытие тауония и на уточнение массы тау-лептона, что станет значимым вкладом в фундаментальную физику.