既知のすべての基本粒子がどのように相互作用するかを説明する、非常に成功した理論である標準モデルが再び勝利を収めます。
物理学者は、最も正確な測定を行いましたが、弱い力（自然の4つの基本的な力の1つ）が陽子にどれほど強く作用するかを示しています。
本日（5月9日）にNature誌に発表された結果は、標準モデルが予測したものであり、理論のねじれを発見し、暗黒物質と暗黒エネルギーが何であるかを説明できる新しい物理学を発見するという物理学者の努力にさらに別の打撃を与えます。
その成功にもかかわらず、標準モデルは不完全です。それは暗黒物質と暗黒エネルギーを説明していません。それらは一緒になって宇宙の95％以上を構成するかもしれませんが、まだ直接観測されたことはありません。また、理論は重力を組み込んでおらず、宇宙に反物質よりも多くの物質が含まれている理由を説明していません。
標準モデルのテスト
より完全な理論への1つの方法は、標準モデルが放射性崩壊の原因である弱い力について何を言っているかをテストし、太陽を輝かせ、原子力発電所を動かす核反応を可能にすることです。電磁力が電荷に依存し、重力が質量に依存するように、弱い力の相互作用の強さは、粒子のいわゆる弱い電荷に依存します。
「これが標準モデルの亀裂を見つけるための1つの道であることを望んでいた」と、バージニア州のジェファーソン国立加速器施設の物理学者であり、Qが弱い実験のプロジェクトマネージャーであるグレッグスミスは言った。
研究者は陽子のプールで電子ビームを爆破した。電子のスピンは、ビームと平行または反平行でした。陽子と衝突すると、主に電磁力が関与する相互作用により、電子が散乱します。しかし、10,000回または100,000回の散乱ごとに、1つは弱い力を介して起こったと述べた。
電磁力とは異なり、弱い力は、物理学者が言うように、鏡の対称性やパリティには従いません。したがって、電磁力を介して相互作用する場合、電子はそのスピン方向に関係なく同じ方法で散乱します。しかし、弱い力を介して相互作用する場合、電子が散乱する確率は、電子が移動する方向に対して、スピンが平行か反平行かによってわずかに異なります。
実験では、ビームは1秒間に約1,000回、平行スピンと反平行スピンを持つ電子を交互に発射しました。研究者たちは、散乱確率の差は10億分の226.5パーツであり、精度は10億あたり9.3パーツであることを発見しました。これは、2つの同じエベレスト山の高さが、1ドル硬貨の厚さだけ異なることと同じで、人間の髪の毛の幅まで正確です。
「これは、陽子からの偏極電子の散乱でこれまで測定された最小かつ最も正確な非対称性です」と研究に関与しなかったカナダのマニトバ大学の物理学者であるピーター・ブランデンは言いました。彼によると、この測定は印象的な成果です。さらに、それは、新しい物理学の探求において、これらの比較的低エネルギーの実験が、ジュネーブ近くの大型ハドロン衝突型加速器のような強力な粒子加速器と競合できることを示している、とブランデン氏は語った。
陽子の弱い電荷は、標準モデルがそうであると言っていたものとほとんど同じであることが判明したとしても、いつか新しい物理学を見つけるためのすべての希望が失われることはありません。結果は、それらの新しい物理がどのように見えるかを制限するだけです。たとえば、スミス氏は、3.5テラエレクトロンボルト未満のエネルギーで発生する電子-陽子相互作用を含む現象を除外していると述べた。
それでも、彼らが何か新しいものを見つけたならば、それははるかにエキサイティングだっただろう、とスミスは言った。
「私はがっかりした」と彼はライブサイエンスに語った。 「多少の逸脱やシグナルを期待していました。しかし、他の人々は、標準モデルが予測したものから遠くないので安心しました。」
