Wykreśl kolejną wygraną dla Modelu Standardowego, niezwykle udanej teorii opisującej interakcję wszystkich znanych cząstek podstawowych.
Fizycy dokonali najdokładniejszego jak dotąd pomiaru, jak silnie słaba siła - jedna z czterech podstawowych sił natury - działa na proton.
Wyniki, opublikowane dzisiaj (9 maja) w czasopiśmie Nature, są dokładnie tym, co przewidział Model Standardowy, zadając kolejny cios staraniom fizyków, aby znaleźć załamania teorii i odkryć nową fizykę, która mogłaby wyjaśnić, czym jest ciemna materia i ciemna energia .
Mimo triumfów model standardowy jest niekompletny. Nie wyjaśnia ciemnej materii i ciemnej energii, które razem mogą stanowić ponad 95 procent wszechświata, a jednak nigdy nie były obserwowane bezpośrednio. Teoria ta nie uwzględnia grawitacji ani nie wyjaśnia, dlaczego wszechświat zawiera więcej materii niż antymaterii.
Testowanie modelu standardowego
Jednym ze sposobów na pełniejszą teorię jest przetestowanie, co Model Standardowy mówi o słabej sile, która jest odpowiedzialna za rozpad radioaktywny, umożliwiając reakcje jądrowe, które utrzymują słońce i napędzają elektrownie jądrowe. Siła oddziaływań siły słabej zależy od tak zwanego ładunku słabego cząsteczki, podobnie jak siła elektromagnetyczna zależy od ładunku elektrycznego, a grawitacja od masy.
„Mieliśmy tylko nadzieję, że jest to jedna ze ścieżek do znalezienia pęknięcia w Modelu Standardowym” - powiedział Greg Smith, fizyk z Jefferson National Accelerator Facility w Wirginii i kierownik projektu ds. Eksperymentu ze słabym Q.
Naukowcy wysadzili wiązki elektronów w pulę protonów. Spiny elektronów były równoległe lub antyrównoległe do wiązki. Po zderzeniu z protonami elektrony rozproszyłyby się, głównie z powodu interakcji związanych z siłą elektromagnetyczną. Ale na każde 10 000 lub 100 000 rozproszeń Smith powiedział, że jedno działo się z powodu słabej siły.
W przeciwieństwie do siły elektromagnetycznej, słaba siła nie przestrzega symetrii lustrzanej ani parzystości, jak to nazywają fizycy. Tak więc, podczas interakcji za pomocą siły elektromagnetycznej, elektron rozprasza się w ten sam sposób, niezależnie od jego kierunku wirowania. Jednak podczas interakcji za pomocą słabej siły prawdopodobieństwo rozproszenia elektronu zależy w niewielkim stopniu od tego, czy spin jest równoległy czy przeciwny, w stosunku do kierunku, w którym elektron się przemieszcza.
W eksperymencie wiązka zmieniała się między strzelającymi elektronami z równoległymi i przeciwrównoległymi obrotami około 1000 razy na sekundę. Naukowcy odkryli, że różnica w prawdopodobieństwie rozproszenia wynosiła zaledwie 226,5 części na miliard, z dokładnością 9,3 części na miliard. Jest to równoznaczne ze stwierdzeniem, że dwa poza tym identyczne Mount Everests różnią się wysokością od grubości monety dolara - z dokładnością do szerokości ludzkich włosów.
„Jest to najmniejsza i najbardziej precyzyjna asymetria, jaką kiedykolwiek mierzono w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronów z protonów” - powiedział Peter Blunden, fizyk z University of Manitoba w Kanadzie, który nie był zaangażowany w badanie. Dodał, że pomiar jest imponującym osiągnięciem. Ponadto pokazuje, że podczas poszukiwań nowej fizyki te stosunkowo niskoenergetyczne eksperymenty mogą konkurować z potężnymi akceleratorami cząstek, takimi jak Wielki Zderzacz Hadronów w pobliżu Genewy, powiedział Blunden.
Chociaż słaby ładunek protonu okazał się mniej więcej taki, jak powiedział Model Standardowy, nie ma żadnej nadziei na znalezienie nowej fizyki. Wyniki po prostu ograniczają wygląd tej nowej fizyki. Na przykład Smith powiedział, że wykluczają zjawiska obejmujące interakcje elektron-proton, które występują przy energiach poniżej 3,5 teraelektronu.
Smith byłby jednak o wiele bardziej ekscytujący, gdyby znaleźli coś nowego.
„Byłem rozczarowany” - powiedział Live Science. „Miałem nadzieję na pewne odchylenie, jakiś sygnał. Ale innym ludziom ulżyło, że nie byliśmy daleko od tego, co przewidywał Model Standardowy”.
