Исследования фундаментальных частиц, в частности, кварков, продолжаются. В ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере ученые не обнаружили признаков того, что кварки состоят из более мелких частиц.
Раньше ученые не располагали сведениями о том, что существуют частицы, размеры которых меньше песчинок, однако они и полагали, что материя состоит из наименьших, невидимых глазу компонентов. С течением времени были открыты микроорганизмы, молекулы, атомы, атомные ядра и кварки.
В соответствии с обширными экспериментальными данными, физики рассматривают кварки как фундаментальные, неразделимые частицы. Однако, существуют и теории, предполагающие наличие более мелких частиц внутри кварков, которые на данный момент остаются неизвестными не можем найти из-за ограничений методов измерения. Под лупой нельзя увидеть электроны, возможно и самые передовые научные методы сегодня не способны проникнуть вглубь кварков.
Ученые коллаборации CMS исследовали кварки до масштаба 10-20 метров. Они не нашли признаков существования более мелких объектов внутри этих фундаментальных частиц. Текст исследования доступен на сервисе arXiv и собственном сайте CMS.
Физики исследуют атомные ядра и элементарные частицы с помощью Большого адронного коллайдера. Там ученые ускоряют частицы до очень высоких скоростей и сталкивают их. Компактный мюонный соленоид (CMS), один из универсальных детекторов элементарных частиц на БАК, детектирует последствия высокоэнергетических столкновений, на основе этих данных ученые делают выводы о структуре вещества и ранних мгновениях жизни Вселенной.
Когда два потока протонов взаимодействуют внутри детектора CMS, при столкновении частиц они распадаются на кварки. Из кварков формируются два потока частиц, по которым исследователи смогли определить угол рассеяния между кварками.
Полученные данные о распределении углов рассеяния соответствовали модели, предполагающей существование кварков как единой частицы. В случае, если кварк является составной частицей, то размеры составляющих его объектов не могут превышать 10 -20 метров. Размер самих кварков ученые оценивают в 10 -19 метров, а значит оставшееся пространство для поисков чрезвычайно узко.
Физики определили предел энергетического масштаба, в котором потенциально могло бы существовать неизвестное внутреннее взаимодействие, и кварки могли бы продемонстрировать свою сложную структуру. В случае, если такое взаимодействие существует, его энергия превышает 37 тераэлектронвольт, что в три раза больше, чем энергии столкновений, достигаемые на Большом адронном коллайдере в настоящее время.
Несмотря на это, поиски продолжаются, и ученые пока не могут с уверенностью утверждать, что кварки не содержат каких-либо элементов. Обнаружение возможных более фундаментальных структур станет возможным при столкновениях с более высокими энергиями в будущих экспериментах на Большом адронном коллайдере.