L'atomo di idrogeno un tempo era considerato l'atomo più semplice in natura, composto da un elettrone senza struttura e un protone strutturato. Tuttavia, con il progredire della ricerca, gli scienziati scoprirono un tipo più semplice di atomo, costituito da elettroni, muoni o tauoni senza struttura e dalle loro antiparticelle altrettanto prive di struttura. Questi atomi sono legati insieme esclusivamente da interazioni elettromagnetiche, con strutture più semplici rispetto agli atomi di idrogeno, fornendo una nuova prospettiva su problemi scientifici come la meccanica quantistica, la simmetria fondamentale e la gravità.
Finora sono stati scoperti solo due tipi di atomi con interazioni elettromagnetiche pure:lo stato legato elettrone-positrone scoperto nel 1951 e lo stato legato elettrone-antimuone scoperto nel 1960. Negli ultimi 64 anni non sono stati riscontrati altri segni di tale interazione. atomi con interazioni elettromagnetiche pure, sebbene ci siano alcune proposte per cercarli nei raggi cosmici o nei collisori ad alta energia.
Il tauonio, composto da un tauone e dalla sua antiparticella, ha un raggio di Bohr di soli 30,4 femtometri (1 femtometro =10 -15 metri), circa 1/1.741 del raggio di Bohr di un atomo di idrogeno. Ciò implica che il tauonio può testare i principi fondamentali della meccanica quantistica e dell'elettrodinamica quantistica su scala più piccola, fornendo un potente strumento per esplorare i misteri del mondo dei micromateriali.
Recentemente, uno studio intitolato "Un nuovo metodo per identificare l'atomo QED più pesante" è stato pubblicato su Science Bulletin , proponendo un nuovo approccio alla scoperta del tauonio.
Lo studio lo dimostra raccogliendo dati di 1,5 ab -1 vicino alla soglia della produzione di coppie di tauoni in un collisore di elettroni e positroni e selezionando eventi di segnale contenenti particelle cariche accompagnate dai neutrini non rilevati che trasportano energia, l'importanza dell'osservazione del tauonio supererà 5σ. Ciò indica una forte prova sperimentale dell'esistenza del tauonio.
Lo studio ha inoltre scoperto che, utilizzando gli stessi dati, la precisione della misurazione della massa del leptone tau può essere migliorata fino al livello senza precedenti di 1 keV, due ordini di grandezza superiore alla massima precisione raggiunta dagli esperimenti attuali. Questo risultato non solo contribuirà alla verifica precisa della teoria elettrodebole nel Modello Standard, ma avrà anche profonde implicazioni per questioni fisiche fondamentali come l'universalità del sapore leptonico.
Questo risultato costituisce uno degli obiettivi fisici più importanti della proposta Super Tau-Charm Facility (STCF) in Cina o della Super Charm-Tau Factory (SCTF) in Russia:scoprire l'atomo più piccolo e più pesante con interazioni elettromagnetiche pure mediante l'esecuzione la macchina vicino alla soglia della coppia tauonica per un anno e misurare la massa del leptone tau con elevata precisione.
Ulteriori informazioni: Jing-Hang Fu et al, Nuovo metodo per identificare l'atomo QED più pesante, Science Bulletin (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.04.003
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