Wetenschap
Tauonium:Het kleinste en zwaarste atoom met pure elektromagnetische interactie
Het waterstofatoom werd ooit beschouwd als het eenvoudigste atoom in de natuur, bestaande uit een structuurloos elektron en een gestructureerd proton. Naarmate het onderzoek vorderde, ontdekten wetenschappers echter een eenvoudiger type atoom, bestaande uit structuurloze elektronen, muonen of tauonen en hun even structuurloze antideeltjes. Deze atomen zijn uitsluitend met elkaar verbonden door elektromagnetische interacties, met eenvoudigere structuren dan waterstofatomen, wat een nieuw perspectief biedt op wetenschappelijke problemen zoals de kwantummechanica, fundamentele symmetrie en zwaartekracht.
Tot op heden zijn er slechts twee soorten atomen met zuivere elektromagnetische interacties ontdekt:de elektron-positron-gebonden toestand ontdekt in 1951 en de elektron-antimuon-gebonden toestand ontdekt in 1960. De afgelopen 64 jaar zijn er geen andere tekenen geweest van een dergelijke interactie. atomen met pure elektromagnetische interacties, hoewel er enkele voorstellen zijn om ernaar te zoeken in kosmische straling of hoogenergetische botsingen.
Tauonium, bestaande uit een tauon en zijn antideeltje, heeft een Bohr-straal van slechts 30,4 femtometers (1 femtometer =10 -15 meter), ongeveer 1/1.741 van de Bohr-straal van een waterstofatoom. Dit houdt in dat tauonium de fundamentele principes van de kwantummechanica en de kwantumelektrodynamica op kleinere schaal kan testen, waardoor het een krachtig hulpmiddel kan zijn voor het onderzoeken van de mysteries van de micromateriële wereld.
Onlangs werd een onderzoek met de titel "Nieuwe methode voor het identificeren van het zwaarste QED-atoom" gepubliceerd in Science Bulletin , waarin een nieuwe aanpak wordt voorgesteld voor het ontdekken van het tauonium.
Het onderzoek toont dit aan door gegevens te verzamelen van 1,5 ab -1 dichtbij de drempel van de productie van tauonparen bij een botsing tussen elektronen en positronen en bij het selecteren van signaalgebeurtenissen die geladen deeltjes bevatten, vergezeld van de niet-gedetecteerde neutrino's die energie wegvoeren, zal de betekenis van het observeren van tauonium groter zijn dan 5σ. Dit wijst op sterk experimenteel bewijs voor het bestaan van tauonium.
Uit de studie bleek ook dat met behulp van dezelfde gegevens de nauwkeurigheid van het meten van de tau-lepton-massa kan worden verbeterd tot een ongekend niveau van 1 keV, twee ordes van grootte hoger dan de hoogste nauwkeurigheid die door huidige experimenten wordt bereikt. Deze prestatie zal niet alleen bijdragen aan het nauwkeurig testen van de elektrozwakke theorie in het standaardmodel, maar zal ook diepgaande implicaties hebben voor fundamentele natuurkundige vragen zoals de universaliteit van leptonsmaak.
Deze prestatie dient als een van de belangrijkste fysieke doelstellingen van de voorgestelde Super Tau-Charm Facility (STCF) in China of de Super Charm-Tau Factory (SCTF) in Rusland:het ontdekken van het kleinste en zwaarste atoom met pure elektromagnetische interacties door te rennen de machine een jaar lang dichtbij de drempel van het tauonpaar houden en de tau-lepton-massa met hoge precisie meten.