Kridt op endnu en gevinst for Standard Model, den bemærkelsesværdigt succesrige teori, der beskriver, hvordan alle de kendte grundlæggende partikler interagerer.
Fysikere har foretaget den mest præcise måling endnu af, hvor stærkt den svage kraft - en af naturens fire grundlæggende kræfter - virker på protonen.
Resultaterne, der blev offentliggjort i dag (9. maj) i tidsskriftet Nature, er netop, hvad Standard Model forudsagde, idet de behandlede endnu et slag for fysikernes bestræbelser på at finde kneb i teorien og opdage ny fysik, der kunne forklare, hvad mørk stof og mørk energi er .
På trods af dens triumfer er standardmodellen ufuldstændig. Det forklarer ikke mørkt stof og mørk energi, der tilsammen udgør mere end 95 procent af universet og alligevel aldrig er blevet observeret direkte. Teorien inkorporerer heller ikke tyngdekraften eller forklarer, hvorfor universet indeholder mere stof end antimaterie.
Test af standardmodellen
En måde hen imod en mere komplet teori er at teste, hvad Standardmodellen siger om den svage kraft, der er ansvarlig for radioaktivt henfald, hvilket muliggør de nukleare reaktioner, der holder solen skinner og driver atomkraftværker. Styrken af den svage krafts vekselvirkninger afhænger af en partikles såkaldte svage ladning, ligesom den elektromagnetiske kraft afhænger af elektrisk ladning og tyngdekraften afhænger af masse.
"Vi håbede bare, at dette var en vej til at finde en revne i standardmodellen," sagde Greg Smith, en fysiker ved Jefferson National Accelerator Facility i Virginia og projektlederen for det Q-svage eksperiment.
Forskerne sprængte stråler af elektroner ved en pool af protoner. Elektronernes spins var enten parallelle eller anti-parallelle med strålen. Når de kolliderede med protonerne, ville elektronerne sprede sig, mest på grund af interaktioner, der involverer den elektromagnetiske kraft. Men for hver 10.000 eller 100.000 spredning, sagde Smith, skete en via den svage styrke.
I modsætning til den elektromagnetiske kraft overholder den svage kraft ikke spejlsymmetri eller paritet, som fysikere kalder det. Så når en interagerer via den elektromagnetiske kraft, spreder en elektron på samme måde uanset dens omdrejningsretning. Men når de interagerer via den svage kraft, afhænger sandsynligheden for, at elektronet spreder sig nogensinde så lidt af, om drejningen er parallel eller anti-parallel, i forhold til retningen, elektronet bevæger sig.
I eksperimentet skiftede strålen mellem affyringselektroner med parallelle og anti-parallelle spins cirka 1.000 gange i sekundet. Forskerne fandt, at forskellen i spredningssandsynlighed kun var 226,5 dele pr. Milliard med en præcision på 9,3 dele pr. Milliard. Det svarer til at konstatere, at to ellers identiske Mount Everests adskiller sig i højde med tykkelsen af en dollarmønt - med en præcision ned til bredden af et menneskehår.
"Dette er den mindste og mest præcise asymmetri, der nogensinde er målt i spredningen af polariserede elektroner fra protoner," sagde Peter Blunden, en fysiker ved University of Manitoba i Canada, som ikke var involveret i undersøgelsen. Målingen, tilføjede han, er en imponerende præstation. Plus, det viser, at i jakten på ny fysik kan disse relativt lave energi-eksperimenter konkurrere med stærke partikelacceleratorer som Large Hadron Collider nær Genève, sagde Blunden.
Selvom protonens svage ladning viste sig at være stort set det, som standardmodellen sagde, det ville være, går ikke alt håb tabt for at finde en ny fysik en dag. Resultaterne begrænser bare, hvordan den nye fysik kan se ud. For eksempel, sagde Smith, udelukker de fænomener, der involverer elektron-proton-interaktioner, der forekommer ved energier under 3,5 teraelektron volt.
Stadigvis ville det have været meget mere spændende, hvis de havde fundet noget nyt, sagde Smith.
”Jeg var skuffet,” sagde han til Live Science. "Jeg håbede på noget afvigelse, noget signal. Men andre mennesker var lettede over, at vi ikke var langt væk fra, hvad standardmodellen forudsagde."
