L’atome d’hydrogène était autrefois considéré comme l’atome le plus simple de la nature, composé d’un électron sans structure et d’un proton structuré. Cependant, au fur et à mesure que les recherches progressaient, les scientifiques ont découvert un type d’atome plus simple, composé d’électrons, de muons ou de tauons sans structure et de leurs antiparticules également sans structure. Ces atomes sont liés uniquement par des interactions électromagnétiques, avec des structures plus simples que les atomes d'hydrogène, offrant une nouvelle perspective sur des problèmes scientifiques tels que la mécanique quantique, la symétrie fondamentale et la gravité.
À ce jour, seuls deux types d’atomes présentant des interactions électromagnétiques pures ont été découverts :l’état lié électron-positon découvert en 1951 et l’état lié électron-antimuon découvert en 1960. Au cours des 64 dernières années, il n’y a eu aucun autre signe d’une telle interaction. atomes avec des interactions électromagnétiques pures, bien qu'il existe certaines propositions pour les rechercher dans les rayons cosmiques ou dans des collisionneurs à haute énergie.
Le tauonium, composé d'un tauon et de son antiparticule, a un rayon de Bohr de seulement 30,4 femtomètres (1 femtomètre =10 -15 mètres), environ 1/1 741 du rayon de Bohr d'un atome d'hydrogène. Cela implique que le tauonium peut tester les principes fondamentaux de la mécanique quantique et de l'électrodynamique quantique à des échelles plus petites, fournissant ainsi un outil puissant pour explorer les mystères du monde des micromatériaux.
Récemment, une étude intitulée "Nouvelle méthode d'identification de l'atome QED le plus lourd" a été publiée dans le Science Bulletin. , proposant une nouvelle approche pour découvrir le tauonium.
L'étude démontre qu'en collectant des données de 1,5 ab -1 près du seuil de production de paires de tauons dans un collisionneur d'électrons et de positons et en sélectionnant des événements de signal contenant des particules chargées accompagnées de neutrinos non détectés emportant de l'énergie, l'importance de l'observation du tauonium dépassera 5σ. Cela indique de solides preuves expérimentales de l'existence du tauonium.
L'étude a également révélé qu'en utilisant les mêmes données, la précision de la mesure de la masse du lepton tau peut être améliorée jusqu'à un niveau sans précédent de 1 keV, soit deux ordres de grandeur supérieurs à la plus haute précision atteinte par les expériences actuelles. Cette réalisation contribuera non seulement à tester précisément la théorie électrofaible dans le modèle standard, mais aura également de profondes implications sur des questions de physique fondamentale telles que l'universalité de la saveur des leptons.
Cette réalisation constitue l'un des objectifs physiques les plus importants du projet Super Tau-Charm Facility (STCF) en Chine ou de la Super Charm-Tau Factory (SCTF) en Russie :découvrir l'atome le plus petit et le plus lourd avec des interactions électromagnétiques pures en exécutant la machine près du seuil de la paire de tauons pendant un an et de mesurer la masse du lepton tau avec une haute précision.
Plus d'informations : Jing-Hang Fu et al, Nouvelle méthode d'identification de l'atome QED le plus lourd, Science Bulletin (2024). DOI :10.1016/j.scib.2024.04.003
Fourni par Science China Press
