El átomo de hidrógeno alguna vez fue considerado el átomo más simple de la naturaleza, compuesto por un electrón sin estructura y un protón estructurado. Sin embargo, a medida que avanzaba la investigación, los científicos descubrieron un tipo de átomo más simple, formado por electrones, muones o tauones sin estructura y sus antipartículas igualmente sin estructura. Estos átomos están unidos únicamente por interacciones electromagnéticas, con estructuras más simples que los átomos de hidrógeno, lo que proporciona una nueva perspectiva sobre problemas científicos como la mecánica cuántica, la simetría fundamental y la gravedad.
Hasta la fecha, sólo se han descubierto dos tipos de átomos con interacciones electromagnéticas puras:el estado unido electrón-positrón descubierto en 1951 y el estado unido electrón-antimuón descubierto en 1960. Durante los últimos 64 años, no ha habido otros signos de tales átomos con interacciones electromagnéticas puras, aunque existen algunas propuestas para buscarlos en rayos cósmicos o colisionadores de alta energía.
El tauronio, compuesto por un tauón y su antipartícula, tiene un radio de Bohr de sólo 30,4 femtómetros (1 femtómetro =10 -15 metros), aproximadamente 1/1.741 del radio de Bohr de un átomo de hidrógeno. Esto implica que el tauonio puede probar los principios fundamentales de la mecánica cuántica y la electrodinámica cuántica a escalas más pequeñas, proporcionando una poderosa herramienta para explorar los misterios del mundo micromaterial.
Recientemente, se publicó en Science Bulletin un estudio titulado "Método novedoso para identificar el átomo de QED más pesado". , proponiendo un nuevo enfoque para descubrir el tauonio.
El estudio demuestra que al recopilar datos de 1,5 ab -1 cerca del umbral de producción de pares tauones en un colisionador de electrones y positrones y seleccionando eventos de señal que contienen partículas cargadas acompañadas por neutrinos no detectados que transportan energía, la importancia de observar tauonio excederá 5σ. Esto indica una fuerte evidencia experimental de la existencia de tauonio.
El estudio también encontró que utilizando los mismos datos, la precisión de medir la masa del leptón tau se puede mejorar a un nivel sin precedentes de 1 keV, dos órdenes de magnitud más alto que la precisión más alta lograda por los experimentos actuales. Este logro no sólo contribuirá a la prueba precisa de la teoría electrodébil en el modelo estándar, sino que también tendrá profundas implicaciones para cuestiones fundamentales de la física, como la universalidad del sabor de los leptones.
Este logro sirve como uno de los objetivos físicos más importantes de la propuesta Super Tau-Charm Facility (STCF) en China o la Super Charm-Tau Factory (SCTF) en Rusia:descubrir el átomo más pequeño y pesado con interacciones electromagnéticas puras ejecutando la máquina cerca del umbral del par tauón durante un año y medir la masa del leptón tau con alta precisión.
Más información: Jing-Hang Fu et al, Nuevo método para identificar el átomo QED más pesado, Science Bulletin (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.04.003
Proporcionado por Science China Press
