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Ein bahnbrechendes Experiment in der Physik hat zum ersten Mal eine genaue Messung einer Kraft zwischen Elektronen und Protonen, die schwache nukleare Kraft genannt, zur Verfügung gestellt. Der Wert 0,0719 (geben oder nehmen 0,0045) wird nicht viel bedeuten, die meisten von uns, aber die Art, wie Sie tat es macht den Weg für einige spannende Möglichkeiten für die Push-Physik über den Rahmen des Standard-Modell.
In einer internationalen Anstrengung zwischen Wissenschaftlern genannt Jefferson Lab Q-schwache Zusammenarbeit, Physiker nutzten eine seltsame Eigenart der Teilchenphysik, um eine solide Maßnahme auf einer der schwächsten der Natur die vier fundamentalen Kräfte zu erhalten. Die Wechselwirkungen zwischen Teilchen kommen in vier Kategorien, die sich auch bei hoch genug Energien zusammenfügen können.
Schwerkraft könnte die eine, die in den Sinn kommt zuerst, halten unsere Kaffeetassen aus driften in Richtung der Decke. Es ist auch die schwächste, anspruchsvolle fast Planet-sized Stücke von Materie, bevor wir persönlich viel Notiz, um seine Auswirkungen zu zahlen. Die andere Kraft, mit der wir gut vertraut sind, ist der Elektromagnetismus, der sieht, dass die entgegengesetzten Ladungen von Protonen und Elektronen durch die Vermittlung von Lichtteilchen, sogenannten Photonen, anziehen. Dann gibt es die starke nukleare Kraft, die über winzige Entfernungen zu binden Teilchen namens Quarks in Protonen und Neutronen über die Weitergabe eines Teilchens genannt gluon.
Schließlich gibt es eine seltsame kleine "schwache nukleare" Kraft, die Neutronen in Protonen verwandelt (mit einem Elektronen-und Elektronen-Antineutrino für Kleingeld). Obwohl bei weitem nicht so schwach wie die Schwerkraft, stellt die schwache nukleare Interaktion nur einen Bruchteil der Zug zwischen einem Proton und Elektronen die Gebühren.
"die Messung dieser Effekt hat sich als schwierig erwiesen, weil die schwache Kraft ist so viel schwächer als die elektromagnetische", sagt der University of Adelaide es Ross Young.
Der Trick war, die Vorteile einer seltsamen Entdeckung zurück in den 1950er Jahren zu nehmen. Die meisten Dinge in der Physik Folgen einer Art Regel des Gleichgewichts oder der Symmetrie, wo tauschen bestimmte Funktionen des Universums würde Null Unterschied machen. Für die Ladung, würde dies bedeuten, wenn wir plötzlich getauscht alle positiven und negativen würde alles so ziemlich das gleiche Aussehen.
Ebenso, wenn wir die Zeit zurückspulen, gibt es keinen Hinweis, dass wir jemals bemerken werden. Der Weltraum ist etwas seltsamer. Wenn wir die Positionen von allem in einigen riesigen universellen Spiegel gespiegelt, würden die meisten Dinge nicht ändern. Die schwache Kernenergie stellt die eine wichtige Ausnahme dar. Es gibt eine inhärente linke und Rechte Voreingenommenheit in der Aufteilung der Teilchen mit dieser Kraft beteiligt, die wir bemerken würden, wenn das Universum ging alles drunter und drüber.
Diese Verletzung dessen, was wir die Symmetrie der Parität nennen, bildet die Grundlage dieses Experiments auf der schwachen Kraft. Elektronen in einer von zwei Richtungen zu drehen und Sie bei Protonen zu werfen veranlaßt Sie, in einer genauen Weise abzuprallen, abhängig von der Richtung, oder ' Helizität ', ihrer Drehung.
"der Unterschied zwischen den beiden Helizität Konfigurationen beträgt weniger als 300 für jede Milliarde Elektronen verstreut", sagt Young. "indem wir diesen winzigen Unterschied sehr genau messen, konnten wir die schwache Ladung des Protons bestimmen."
Die Ergebnisse des Experiments fallen in Einklang mit dem, was erwartet würde, basierend auf dem aktuellen Bild aller Dinge Teilchenphysik, das Standard-Modell. Also die Entdeckung selbst ist nicht riesig.
"Wenn die Messung von der Vorhersage abgewichen wäre, wäre es eine starke Unterschrift für eine neue Art von noch unbekannten Kraft, die zwischen fundamentalen Teilchen agiert", sagt Young.
So solide wie die Standard-Modell ist, gibt es noch viele Lücken, wo die Natur der Phänomene wie dunkle Energie und eine Quanten freundliche Theorie der Schwerkraft noch nicht offenbart werden. Wir brauchen nur den richtigen Weg, um diese kaum wahrnehmbaren Eigenschaften unseres Universums zu analysieren. Nachdem ein bewährter Weg, um Interaktionen, die normalerweise in der Buzz von stärkeren Kräften versteckt werden, bietet Physiker ein glänzendes und wertvolles, neues Werkzeug in ihrer Box von analytischen Tricks zu sondieren.
Diese Forschung wurde in Nature veröffentlicht.
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