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Un esperimento innovativo in fisica ha fornito per la prima volta una misura precisa di una forza tra elettroni e protoni chiamata forza nucleare debole. Il valore 0,0719 (dare o prendere 0,0045) non significherà molto per la maggior parte di noi, ma il modo in cui ha fatto fa modo per alcune interessanti possibilità di spingere la fisica al di là del campo di applicazione del modello standard.
In uno sforzo internazionale fra gli scienziati ha denominato la collaborazione Q-debole del laboratorio del Jefferson, i fisici hanno approfittato di un capriccio bizzarro della fisica della particella per ottenere una misura solida su uno dei più deboli delle quattro forze fondamentali della natura. Le interazioni tra le particelle sono in quattro categorie, che possono anche combinare insieme ad energie abbastanza elevate.
La gravità potrebbe essere quella che viene in mente prima, mantenendo le nostre tazze di caffè dalla deriva verso il soffitto. È anche il più debole, chiedendo praticamente pianeta dimensioni pezzi di materia prima di noi personalmente pagare molto preavviso ai suoi effetti. L'altra forza a cui siamo ben informati è l'elettromagnetismo, che vede le cariche opposte di protoni ed elettroni che si attraggono attraverso la mediazione di particelle luminose, chiamate fotoni. Poi c'è la forza nucleare forte, agendo su distanze molto piccole per legare le particelle chiamate quark in protoni e neutroni attraverso il passaggio intorno a una particella chiamata gluone.
Infine c'è una strana piccola forza nucleare ' debole ' che trasforma i neutroni in protoni (con un elettrone e un antineutrino elettronico per il cambio di ricambio). Anche se da nessuna parte vicino come debole come la gravità, l'interazione nucleare debole rappresenta solo una frazione del pull tra un protone e cariche di elettroni.
"misurare questo effetto si è rivelato difficile perché la forza debole è molto più debole del elettromagnetico", dice l'Università di Ross Young di Adelaide.
Il trucco era di approfittare di una scoperta sconosciuta fatta indietro negli anni 50. La maggior parte delle cose in fisica seguire un qualche tipo di regola di equilibrio o di simmetria, dove scambiare alcune caratteristiche dell'universo avrebbe fatto differenza zero. Per la carica, questo significherebbe se improvvisamente scambiato tutti i lati positivi e negativi tutto sarebbe più o meno lo stesso.
Allo stesso modo, se riavvolgiamo il tempo, non c'è alcuna indicazione che ci accorgeremo mai. Lo spazio è un po' più strano. Se abbiamo girato le posizioni di tutto in qualche gigantesco specchio universale, la maggior parte delle cose non cambierebbe. La forza nucleare debole fornisce l'unica importante eccezione. C'è una polarizzazione intrinseca sinistra e destra nella ripartizione delle particelle coinvolte con questa forza, che ci saremmo accorti se l'universo è andato tutto sottosopra.
Questa violazione di ciò che chiamiamo la simmetria della parità costituisce la base di questo esperimento sulla forza debole. Gli elettroni di filatura in una di due direzioni e gettarli a protoni li induce a rimbalzare in modo preciso, a seconda della direzione, o ' elicoidale ', della loro rotazione.
"la differenza tra le due configurazioni di elicoidale ammonta a meno di 300 per ogni miliardo di elettroni sparsi", dice Young. "misurando questa piccola differenza molto precisamente, siamo stati in grado di determinare la carica debole del protone."
I risultati dell'esperimento sono in linea con quello che ci si aspetterebbe sulla base dell'immagine corrente di tutte le cose fisica delle particelle, il modello standard. Quindi la scoperta stessa non è enorme.
"se la misura avesse deviato dalla previsione, sarebbe una firma forte per un nuovo tipo di forza ancora sconosciuta che sta agendo fra le particelle fondamentali," dice Young.
Come solido come il modello standard è, ci sono ancora un sacco di lacune in cui la natura dei fenomeni come l'energia oscura e una teoria quantistica amichevole di gravità sono ancora da rivelare. Abbiamo solo bisogno del modo giusto per analizzare queste proprietà appena percettibili del nostro universo. Avere un modo collaudato per sondare le interazioni che di solito si nascondono nel ronzio delle forze più forti offre ai fisici un lucido, e prezioso, nuovo strumento nella loro scatola di trucchi analitici.
Questa ricerca è stata pubblicata in natura.
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