Найдите еще одну победу для Стандартной Модели, удивительно успешной теории, которая описывает, как взаимодействуют все известные фундаментальные частицы.
Физики сделали самое точное измерение того, как сильно слабая сила - одна из четырех фундаментальных сил природы - действует на протон.
Результаты, опубликованные сегодня (9 мая) в журнале Nature, как раз то, что предсказывала Стандартная модель, нанося еще один удар по попыткам физиков найти изломы в теории и открыть новую физику, которая могла бы объяснить, что такое темная материя и темная энергия. ,
Несмотря на триумфы, Стандартная Модель является неполной. Это не объясняет темную материю и темную энергию, которые вместе могут составлять более 95 процентов вселенной, но никогда не наблюдались напрямую. Также теория не включает гравитацию и не объясняет, почему во вселенной содержится больше вещества, чем антивещества.
Тестирование стандартной модели
Один из путей к более полной теории состоит в том, чтобы проверить, что Стандартная Модель говорит о слабой силе, которая ответственна за радиоактивный распад, позволяя ядерным реакциям, которые поддерживают сияние солнца, и приводить в действие атомные электростанции. Сила взаимодействия слабой силы зависит от так называемого слабого заряда частицы, так же как электромагнитная сила зависит от электрического заряда, а гравитация зависит от массы.
«Мы просто надеялись, что это был один из способов найти трещину в стандартной модели», - сказал Грег Смит, физик из Национального ускорительного центра им. Джефферсона в Вирджинии и руководитель проекта для эксперимента с Q-слабым.
Исследователи взорвали пучки электронов в пуле протонов. Спины электронов были либо параллельны, либо не параллельны пучку. При столкновении с протонами электроны рассеялись бы, главным образом из-за взаимодействий, вовлекающих электромагнитную силу. Но, по словам Смита, на каждые 10 000 или 100 000 рассеяний одно происходило благодаря слабой силе.
В отличие от электромагнитной силы, слабая сила не подчиняется зеркальной симметрии или четности, как ее называют физики. Таким образом, при взаимодействии через электромагнитную силу электрон рассеивается одинаково независимо от направления его вращения. Но при взаимодействии через слабую силу вероятность того, что электрон рассеется, очень мало зависит от того, является ли спин параллельным или антипараллельным относительно направления движения электрона.
В эксперименте луч чередовался между запускающими электронами с параллельными и антипараллельными спинами примерно 1000 раз в секунду. Исследователи обнаружили, что разница в вероятности рассеяния составляет всего 226,5 частей на миллиард с точностью до 9,3 частей на миллиард. Это эквивалентно обнаружению того, что два идентичных в другом месте Эвереста отличаются по высоте на толщину долларовой монеты - с точностью до ширины человеческого волоса.
«Это самая маленькая и самая точная асимметрия, когда-либо измеренная при рассеянии поляризованных электронов на протонах», - сказал Питер Блунден, физик из Университета Манитобы в Канаде, который не принимал участия в исследовании. Измерение, добавил он, является впечатляющим достижением. Кроме того, это показывает, что в поисках новой физики эти эксперименты с относительно низкой энергией могут конкурировать с мощными ускорителями частиц, такими как Большой адронный коллайдер под Женевой, сказал Блюнден.
Несмотря на то, что слабый заряд протона оказался в значительной степени тем, о чем говорилось в Стандартной модели, надежда на поиск новой физики когда-нибудь не пропала. Результаты просто ограничивают то, как эти новые физики могут выглядеть. Например, сказал Смит, они исключают явления, связанные с электрон-протонными взаимодействиями, которые происходят при энергиях ниже 3,5 тераэлектронвольт.
Тем не менее, было бы гораздо интереснее, если бы они нашли что-то новое, сказал Смит.
«Я был разочарован», - сказал он в эфире журнала Science Science. «Я надеялся на какое-то отклонение, какой-то сигнал. Но другие люди были рады, что мы были недалеко от того, что предсказывала Стандартная Модель».
