То, как электрон взаимодействует с другим вопросом, зависит, на котором пути это прядет, поскольку это проносится вперед — вправо как футбол, брошенный праворуким квотербеком или левыми как свиная кожа, брошенная левшой. Теперь, физики подтвердили, что кварк — частицы, участвующие в трио для формирования протонов и нейтронов в атомных ядрах — показывают ту же асимметрию.
Результат мог дать физике новое оружие в великой охоте на новые частицы и силы. Прямо сейчас ученые могут попытаться взорвать крупные новые частицы в существование, как они делают в самом большом ускорителе ядерных частиц в мире, Большом коллайдере адрона (LHC) в Швейцарии. Или они могут искать тонкие намеки экзотических новых вещей вне их проверенной стандартной модели путем изучения знакомых частиц очень подробно. В последнем подходе новый эксперимент дает физикам способ исследовать для определенных видов новых сил, говорит Франк Маас, ядерный физик в университете Йоханнеса Гутенберга Майнц и Центре Гельмгольца GSI Тяжелого Исследования Иона в Германии. «Для определенного типа модели этот тип эксперимента очень, намного более чувствителен, чем эксперименты в LHC», говорит Маас.
Вопрос взаимодействует через четыре силы: электромагнитная сила, устанавливающая легкие и химические связи, сильные ядерные силы, который связывает кварк и ядра, слабая ядерная сила, производящая тип радиоактивного распада, названного порчей беты и силой тяжести. (Могли быть другие; некоторые теоретики размышляли, что вторая версия слабой силы может также существовать.) Когда-то, физики предположили, что все силы повиновались ряду симметрий. Так, например, физическая система должна вести себя точно как ее зеркальное отображение, симметрия, известная как паритет.Однако в 1957 физики обнаружили, что паритет не держится во взаимодействиях частицы установленный слабой силой.
Например, предположите, что Вы нацеливаете прядущие право электроны на ядра и наблюдаете, что они подпрыгивают прочь. При рассмотрении крошечного тира в зеркале Вы будете видеть, что электроны лево-вращения подпрыгивают от цели. Таким образом, если бы взаимодействие между электроном и ядром было симметрично зеркалом, то рассеивание права – и лево-вращение электронов должно быть тем же. И, действительно, это точно, что произошло бы, если бы отрицательно заряженные электроны взаимодействовали с положительно заряженными ядрами только через электромагнитную силу.
Но электроны также взаимодействуют с ядрами через слабую силу, которая нарушает паритет и не является симметричным зеркалом. В результате вращение права и электроны лево-вращения рикошетят от цели по-другому, создавая небольшую асимметрию в их образце рассеивания. Тот результат был замечен в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Менло-Парке, Калифорния, в 1978 в эксперименте по имени E122, помогший цементировать тогда появляющуюся стандартную модель физиков. Вторая слабая сила, если это существует, должна дать столь же кривые результаты.
Но что относительно кварка? Как электроны, они могут прясть так или иначе, поскольку они проносятся вокруг внутренних протонов и нейтронов. И, согласно стандартной модели, право – и кварк лево-вращения должно взаимодействовать немного по-другому с приточным электроном, производя дополнительную асимметрию или паритетное нарушение, когда вращением приточных электронов щелкают.
Теперь, Ксиэочэо Чжен, ядерный физик в Университете Вирджинии в Шарлоттсвилле и коллегах заметил, что меньший вклад, поскольку они сообщают сегодня по своей природе.Это было значительным подвигом.
Для наблюдения дополнительной асимметрии приточный электрон должен ударить ядро достаточно трудно, чтобы снести единственный кварк, выделив душ частиц, как был сделан в E122, но не в последующих экспериментах. Исследователи должны проявить большую заботу, чтобы гарантировать, чтобы они поочередно сияли одинаково интенсивные лучи права – и электроны лево-вращения на цели. Используя электронный акселератор в Томасе Джефферсоне Национальное Сооружение Акселератора в Ньюпорт-Ньюсе, Вирджиния, исследователи блистали 170 миллиардов электронов на цели жидкого дейтерия более чем 2 месяца в 2009.
После хруста данных они смогли измерить асимметрию рассеивания part-10,000 достаточно точно для вытаскивания вклада из кварка, хотя с большой неуверенностью. Результат соглашается со стандартным предсказанием модели.«Они измерили что-то основной принцип на уровне кварка, не измеренном прежде», говорит Уильям Маркиано, теоретик в Брукхевене Национальная Лаборатория в Аптоне, Нью-Йорк.
Маас отмечает, что результат не является столь захватывающим, как это, возможно, было, как бы то ни было. «Они не наблюдали новой физики на уровне их точности», говорит он. Новый результат действительно устанавливает более трудные границы моделей, предполагающих, что вторая слабая сила существует, заявляет Маас.
Измерение не является концом дороги. Этот 101 участник в экспериментальной бригаде намеревается повторить свое измерение и надеяться улучшить их точность на, по крайней мере, фактор 5, говорит Чжен.
Это должно позволить им проверить на новые силы с намного большей чувствительностью, говорит она. Марсиано соглашается, что «это – просто первый шаг».
Он отмечает, что это могло бы быть благоприятно, что асимметрия от кварка является столь маленькой в стандартной модели, как это заставит любое отклонение выглядеть относительно большим.