Отримайте чергову перемогу для Стандартної моделі - надзвичайно успішної теорії, яка описує взаємодію всіх відомих фундаментальних частинок.
Фізики зробили найбільш точне вимірювання того, наскільки сильно слабка сила - одна з чотирьох основних сил природи - діє на протон.
Результати, опубліковані сьогодні (9 травня) у журналі Nature, - це саме те, що передбачила «Стандартна модель», завдаючи ще одного удару зусиллям фізиків знайти рухи в теорії та відкрити нову фізику, яка могла б пояснити, що таке темна речовина та темна енергія .
Незважаючи на свої тріумфи, Стандартна модель є неповною. Це не пояснює темну речовину і темну енергію, які разом можуть становити більше 95 відсотків Всесвіту, але все ще ніколи не спостерігалися безпосередньо. Теорія також не включає тяжкість і не пояснює, чому у Всесвіті міститься більше речовини, ніж антиматерія.
Тестування стандартної моделі
Одним із шляхів до більш повної теорії є перевірка того, що говорить Стандартна модель про слабку силу, яка відповідає за радіоактивний розпад, що дозволяє ядерним реакціям, що зберігають сяюче сонце та керують атомними електростанціями. Сила взаємодії слабкої сили залежить від так званого слабкого заряду частинки так само, як електромагнітна сила залежить від електричного заряду, а сила тяжіння залежить від маси.
"Ми просто сподівалися, що це один шлях до пошуку тріщини в стандартній моделі", - сказав Грег Сміт, фізик в Національному прискорювальному центрі Джефферсона у штаті Вірджинія та керівник проекту для слабкого експерименту.
Дослідники підірвали пучки електронів у басейні протонів. Спіни електронів були або паралельними, або антипаралельними з пучком. При зіткненні з протонами електрони будуть розсіюватися, в основному за рахунок взаємодій, що залучають електромагнітну силу. Але на кожні 10 000 або 100 000 розсіювань, за словами Сміта, це відбувалося через слабку силу.
На відміну від електромагнітної сили, слабка сила не підкоряється дзеркальній симетрії чи паритету, як це називають фізики. Отже, при взаємодії через електромагнітну силу електрон розсіюється аналогічно незалежно від напрямку його спіна. Але при взаємодії через слабку силу ймовірність того, що електрон розсіюється, настільки незначно залежить від того, паралельний чи протипаралельний спін, відносно напрямку, яким рухається електрон.
В експерименті промінь чергувався між стріляючими електронами з паралельними та антипаралельними спинами приблизно 1000 разів на секунду. Дослідники виявили, що різниця у ймовірності розсіювання становила всього 226,5 частин на мільярд з точністю 9,3 частин на мільярд. Це рівнозначно встановленню, що два ідентичних гори Еверестів відрізняються за висотою товщиною монети в долар - з точністю до ширини людського волосся.
"Це найменша і найточніша асиметрія, яка коли-небудь вимірювалася при розсіюванні поляризованих електронів з протонів", - сказав Пітер Блунден, фізик з університету Манітоби в Канаді, який не брав участі в дослідженні. Вимірювання, додав він, - вражаюче досягнення. Крім того, це показує, що під час полювання на нову фізику, ці відносно низькі енергетичні експерименти можуть змагатися з потужними прискорювачами частинок, такими як Великий адронний колайдер поблизу Женеви, зазначив Блунден.
Незважаючи на те, що слабкий заряд протона виявився майже таким, як сказала Стандартна модель, все сподівання не втратить колись знайти нову фізику. Результати просто обмежують, як може виглядати нова фізика. Наприклад, сказав Сміт, вони виключають явища, пов'язані з електронно-протонними взаємодіями, які відбуваються при енергіях нижче 3,5 тераелектронних вольт.
Але все-таки було б набагато цікавіше, якби вони знайшли щось нове, сказав Сміт.
"Я був розчарований", - сказав він Live Science. "Я сподівався на деяке відхилення, якийсь сигнал. Але іншим людям було полегшено, що ми не були далеко від того, що передбачала Стандартна модель".
