Das kleinste und schwerste Atom mit rein elektromagnetischer Wechselwirkung

Das Wasserstoffatom galt einst als das einfachste Atom der Natur und bestand aus einem strukturlosen Elektron und einem strukturierten Proton. Im Laufe der Forschung entdeckten Wissenschaftler jedoch einen einfacheren Atomtyp, der aus strukturlosen Elektronen, Myonen oder Tauonen und ihren ebenso strukturlosen Antiteilchen besteht. Diese Atome sind nur durch elektromagnetische Wechselwirkungen verbunden und haben einfachere Strukturen als Wasserstoffatome, was eine neue Perspektive auf wissenschaftliche Probleme wie Quantenmechanik, grundlegende Symmetrie und Schwerkraft bietet.

Bisher wurden nur zwei Arten von Atomen entdeckt, die rein elektromagnetische Wechselwirkungen aufweisen: der 1951 entdeckte Elektron-Positron-gebundene Zustand und der 1960 entdeckte Elektron-Antimyon-gebundene Zustand. In den letzten 64 Jahren gab es keine anderen Anzeichen dafür Interaktion. Atome mit rein elektromagnetischen Wechselwirkungen, obwohl es einige Vorschläge gibt, nach ihnen in der kosmischen Strahlung oder in Hochenergiekollidern zu suchen.

Taauonium, bestehend aus einem Tauon und seinem Antiteilchen, hat einen Bohr-Radius von nur 30,4 Femtometern (1 Femtometer = 10).^-15 Meter), ungefähr 1/1.741 des Bohr-Radius eines Wasserstoffatoms. Dies impliziert, dass Tauonium die Grundlagen der Quantenmechanik und Quantenelektrodynamik in kleineren Maßstäben testen kann und ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erforschung der Geheimnisse der Welt der Mikromaterialien darstellt.

Kürzlich wurde eine Studie mit dem Titel „Neue Methode zur Identifizierung des schwersten QED-Atoms“ veröffentlicht Wissenschaftliches BulletinVorschlag eines neuen Ansatzes zur Entdeckung von Tauonium.

Die Studie zeigt, dass durch die Erhebung von Daten aus 1,5 ab^-1 Nahe der Schwelle zur Erzeugung von Tauon-Paaren in einem Elektron-Positron-Kollider und der Auswahl von Signalereignissen, die geladene Teilchen in Verbindung mit unentdeckten energietragenden Neutrinos enthalten, wird die Bedeutung der Beobachtung von Tauonium 5σ übersteigen. Dies weist auf starke experimentelle Beweise für die Existenz von Tauonium hin.

Die Studie ergab außerdem, dass unter Verwendung derselben Daten die Präzision der Tau-Lepton-Massenmessung auf ein beispielloses Niveau von 1 keV verbessert werden kann, zwei Größenordnungen höher als die höchste Präzision, die derzeit mit Erfahrungen erreicht wird. Dieser Erfolg wird nicht nur dazu beitragen, die elektroschwache Theorie im Standardmodell präzise zu testen, sondern wird auch tiefgreifende Auswirkungen auf grundlegende physikalische Fragen wie die Universalität des Leptonengeschmacks haben.

Diese Errungenschaft stellt eines der wichtigsten physikalischen Ziele des Super Tau-Charm Facility (STCF)-Projekts in China oder der Super Charm-Tau Factory (SCTF) in Russland dar: das kleinste und schwerste Atom mit rein elektromagnetischen Wechselwirkungen durch den Betrieb zu entdecken ein Jahr lang in der Nähe der Tauon-Paar-Schwelle betrieben und die Masse des Tau-Leptons mit hoher Präzision gemessen.