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Une expérience révolutionnaire en physique a pour la première fois fourni une mesure précise d'une force entre les électrons et les protons appelé la force nucléaire faible. La valeur 0,0719 (donner ou prendre 0,0045) ne signifie pas grand-chose pour la plupart d'entre nous, mais la façon dont ils l'ont fait place à des possibilités passionnantes pour pousser la physique au-delà de la portée du modèle standard.
Dans un effort international entre les scientifiques appelé le laboratoire de Jefferson Q-faible collaboration, les physiciens ont profité d'une bizarrerie bizarre de la physique des particules pour obtenir une mesure solide sur l'un des plus faibles de la nature quatre forces fondamentales. Les interactions entre les particules sont en quatre catégories, qui peuvent aussi se combiner à des énergies assez élevées.
La gravité pourrait être celle qui vient à l'esprit d'abord, en gardant nos tasses à café de la dérive vers le plafond. C'est aussi le plus faible, exigeant pratiquement des morceaux de taille planète de la matière avant que nous payons personnellement beaucoup d'avis à ses effets. L'autre force que nous connaissons bien est l'électromagnétisme, qui voit les charges opposées des protons et des électrons s'attirer par la médiation de particules légères, appelées photons. Puis il ya la force nucléaire forte, agissant sur de minuscules distances pour lier les particules appelées quarks en protons et les neutrons via le passage autour d'une particule appelée gluon.
Enfin, il ya une étrange petite force «nucléaire faible» qui transforme les neutrons en protons (avec un électron et l'antineutrino électronique pour le changement de rechange). Bien que nulle part près aussi faible que la gravité, l'interaction nucléaire faible représente juste une fraction de la traction entre les charges d'un proton et l'électron.
«mesurer cet effet s'est avéré difficile parce que la force faible est tellement plus faible que l'électromagnétique», dit l'Université d'Adélaïde Ross Young.
L'astuce était de profiter d'une étrange découverte faite dans les années 1950. La plupart des choses en physique suivent une sorte de règle d'équilibre ou de symétrie, où l'échange de certaines caractéristiques de l'univers ne ferait aucune différence. Pour la charge, cela voudrait dire que si nous avons soudainement échangé tous les positifs et négatifs tout irait à peu près la même chose.
De même, si nous rembobinons le temps, il n'y a aucune indication que nous remarquerons jamais. L'espace est un peu plus bizarre. Si nous avons renversé les positions de tout dans un miroir universel géant, la plupart des choses ne changeraient pas. La faible force nucléaire constitue une exception importante. Il y a un parti pris inhérent à gauche et à droite dans la répartition des particules impliquées dans cette force, que nous remarquerions si l'univers allait tout en haut.
Cette violation de ce que nous appelons la symétrie de la parité constitue la base de cette expérience sur la force faible. Les électrons qui tournent dans l'une des deux directions et les jetant à protons les pousse à ricochet de manière précise, selon la direction, ou «hélicité», de leur spin.
«la différence entre les deux configurations hélicité s'élève à moins de 300 pour chaque milliard d'électrons dispersés», dit Young. «en mesurant cette minuscule différence très précisément, nous avons pu déterminer la faible charge du proton.»
Les résultats de l'expérience tombent en ligne avec ce qui serait attendu en fonction de l'image actuelle de toutes les choses de la physique des particules, le modèle standard. Donc la découverte elle-même n'est pas énorme.
«Si la mesure avait dévié de la prédiction, ce serait une signature forte pour un nouveau type de force encore inconnue qui agit entre les particules fondamentales», dit Young.
Aussi solide que le modèle standard est, il ya encore beaucoup de lacunes où la nature des phénomènes tels que l'énergie sombre et une théorie quantique amicale de la gravité sont encore à révéler. Nous avons juste besoin de la bonne façon d'analyser ces propriétés à peine perceptibles de notre univers. Ayant un moyen éprouvé de sonder les interactions qui seraient généralement cachés dans le buzz de forces plus fortes offre aux physiciens un brillant, et précieux, nouvel outil dans leur boîte de trucs analytiques.
Cette recherche a été publiée dans la nature.
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