Natuurkundigen Hebben Slechts Één Van De Vier Fundamentele Krachten Van De Natuur Gemeten. Nu Zijn Ze Bummed.

{h1}

De meest precieze meting tot nu toe van de zwakke kracht vertoont geen tekenen van nieuwe fysica.

Nog een overwinning voor het standaardmodel, de opmerkelijk succesvolle theorie die beschrijft hoe alle bekende fundamentele deeltjes op elkaar inwerken.

Natuurkundigen hebben de meest precieze meting gemaakt van hoe sterk de zwakke kracht - een van de vier fundamentele krachten van de natuur - inwerkt op het proton.

De resultaten, vandaag gepubliceerd (9 mei) in het tijdschrift Nature, zijn precies wat het standaardmodel voorspeld heeft, wat weer een slag betekent voor de inspanningen van fysici om knikken in de theorie te vinden en nieuwe fysica te ontdekken die zouden kunnen verklaren wat donkere materie en donkere energie zijn.. [Strange Quarks and Muons, Oh My! De kleinste deeltjes van de natuur ontleed]

Ondanks zijn triomfen is het standaardmodel onvolledig. Het verklaart niet de donkere materie en donkere energie, die samen meer dan 95 procent van het universum uitmaken en toch nooit rechtstreeks zijn waargenomen. Ook neemt de theorie de zwaartekracht niet op of legt ze niet uit waarom het universum meer materie bevat dan antimaterie.

Het standaardmodel testen

Een manier om een ​​completere theorie te ontwikkelen, is om te testen wat het standaardmodel zegt over de zwakke kracht, die verantwoordelijk is voor radioactief verval, waardoor de kernreacties mogelijk worden gemaakt die de zon laten schijnen en kerncentrales aandrijven. De sterkte van de wisselwerking van de zwakke kracht is afhankelijk van de zogenaamde zwakke lading van een deeltje, net zoals de elektromagnetische kracht afhangt van elektrische lading en de zwaartekracht afhankelijk is van de massa.

Het Q-weak-experiment, een meerjarige inspanning waarbij meer dan 100 wetenschappers van meer dan 20 instellingen betrokken waren, was voor de eerste keer bedoeld om de zwakke lading van het proton te meten.

"We hoopten maar dat dit een manier was om een ​​scheur in het standaardmodel te vinden," zei Greg Smith, een fysicus bij de Jefferson National Accelerator Facility in Virginia en de projectmanager voor het Q-weak-experiment.

De onderzoekers bestraalden elektronenstralen aan een pool van protonen. De spins van de elektronen waren parallel of anti-parallel met de straal. Bij het botsen met de protonen zouden de elektronen verstrooien, meestal als gevolg van interacties met de elektromagnetische kracht. Maar voor elke 10.000 of 100.000 verstrooiing, zei Smith, gebeurde er één via de zwakke kracht.

In tegenstelling tot de elektromagnetische kracht houdt de zwakke kracht zich niet aan de spiegelsymmetrie of pariteit, zoals natuurkundigen het noemen. Dus, wanneer interactie plaatsvindt via de elektromagnetische kracht, verstrooit een elektron op dezelfde manier, ongeacht de spinrichting. Maar wanneer interactie plaatsvindt via de zwakke kracht, is de waarschijnlijkheid dat het elektron zal verspreiden, enigszins afhankelijk van de vraag of de spin parallel of anti-parallel is, in verhouding tot de richting waarin het elektron zich verplaatst.

In het experiment wisselde de straal ongeveer 1000 keer per seconde af tussen ontstekingselektronen met parallelle en anti-parallelle spins. De onderzoekers ontdekten dat het verschil in verstrooiingskans slechts 226,5 delen per miljard bedroeg, met een nauwkeurigheid van 9,3 delen per miljard. Dat komt overeen met het vinden dat twee anders identieke Mount Everests in hoogte verschillen door de dikte van een dollar munt - met een precisie tot op de breedte van een mensenhaar.

"Dit is de kleinste en meest precieze asymmetrie ooit gemeten in de verstrooiing van gepolariseerde elektronen uit protonen," zei Peter Blunden, een natuurkundige aan de Universiteit van Manitoba in Canada die niet betrokken was bij de studie. De meting, voegde hij eraan toe, is een indrukwekkende prestatie. Bovendien laat het zien dat, in de jacht op nieuwe fysica, deze relatief energiezuinige experimenten kunnen concurreren met krachtige deeltjesversnellers zoals de Large Hadron Collider bij Genève, zei Blunden.

Hoewel de zwakke lading van het proton vrijwel bleek te zijn wat het standaardmodel zei dat het zou zijn, is niet alle hoop op het vinden van nieuwe fysica op een dag verloren. De resultaten beperken alleen maar hoe die nieuwe fysica eruit zou kunnen zien. Smith zei bijvoorbeeld dat ze fenomenen uitsluiten waarbij elektronenproton-interacties optreden die optreden bij energieën van minder dan 3,5 teraelectronvolt.

Toch zou het veel spannender zijn geweest als ze iets nieuws hadden gevonden, zei Smith.

"Ik was teleurgesteld", vertelde hij WordsSideKick.com. "Ik hoopte op een afwijking, een signaal, maar andere mensen waren opgelucht dat we niet ver weg waren van wat het standaardmodel voorspelde."

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Who Is Peter Joseph? A Mini-Doc by Charles Robinson [FULL] (2009) [deutsche Untertitel].




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com