Kriter opp nok en gevinst for Standard Model, den bemerkelsesverdig vellykkede teorien som beskriver hvordan alle kjente grunnleggende partikler samvirker.
Fysikere har foretatt den mest presise målingen ennå hvor sterkt den svake kraften - en av naturens fire grunnleggende krefter - virker på protonen.
Resultatene som ble publisert i dag (9. mai) i tidsskriftet Nature, er akkurat det Standard Model forutså, og behandlet nok et slag for fysikernes innsats for å finne knekk i teorien og oppdage ny fysikk som kan forklare hva mørk materie og mørk energi er. .
Til tross for sine triumfer er standardmodellen ufullstendig. Det forklarer ikke mørk materie og mørk energi, som til sammen kan utgjøre mer enn 95 prosent av universet og likevel aldri har blitt observert direkte. Teorien inneholder heller ikke tyngdekraften eller forklarer hvorfor universet inneholder mer materie enn antimaterie.
Testing av standardmodellen
En vei mot en mer fullstendig teori er å teste hva Standardmodellen sier om den svake kraften, som er ansvarlig for radioaktivt forfall, slik at atomreaksjonene som holder solen skinner og driver kjernekraftverk. Styrken til den svake krafts interaksjoner avhenger av en partikkels såkalte svake ladning, akkurat som den elektromagnetiske kraften avhenger av elektrisk ladning og tyngdekraften avhenger av masse.
"Vi håpet bare at dette var en vei til å finne en sprekk i standardmodellen," sa Greg Smith, fysiker ved Jefferson National Accelerator Facility i Virginia og prosjektleder for Q-svake eksperimentet.
Forskerne sprengte stråler av elektron ved en pool av protoner. Spinnene til elektronene var enten parallelle eller anti-parallelle med strålen. Ved kollisjon med protonene ville elektronene spre seg, mest på grunn av interaksjoner som involverer den elektromagnetiske kraften. Men for hver 10.000 eller 100.000 spredning, sa Smith, skjedde en via den svake styrken.
I motsetning til den elektromagnetiske kraften, adlyder den svake kraften ikke speilsymmetri, eller paritet, som fysikere kaller det. Så når en interagerer via den elektromagnetiske kraften, sprer et elektron på samme måte uavhengig av rotasjonsretningen. Men når de samvirker via den svake kraften, avhenger sannsynligheten for at elektronet vil spre seg så lett av om spinnet er parallelt eller anti-parallelt, i forhold til retningen elektronet beveger seg.
I eksperimentet vekslet strålen mellom skyteelektroner med parallelle og antiparallelle spinn omtrent 1000 ganger i sekundet. Forskerne fant at forskjellen i spredningssannsynlighet var bare 226,5 deler per milliard, med en presisjon på 9,3 deler per milliard. Det tilsvarer at to ellers identiske Mount Everests skiller seg i høyden av tykkelsen på en dollarmynt - med en presisjon ned til bredden på et menneskehår.
"Dette er den minste og mest presise asymmetrien som noensinne er målt i spredningen av polariserte elektroner fra protoner," sa Peter Blunden, en fysiker ved University of Manitoba i Canada, som ikke var involvert i studien. Målingen, la han til, er en imponerende prestasjon. I tillegg viser det at i jakten på ny fysikk kan disse relativt lavenergi-eksperimentene konkurrere med kraftige partikkelakseleratorer som Large Hadron Collider nær Genève, sa Blunden.
Selv om protonens svake ladning viste seg å være ganske mye som Standardmodellen sa at det ville være, går ikke alt håp tapt for å finne ny fysikk en dag. Resultatene begrenser bare hvordan den nye fysikken kan se ut. For eksempel, sa Smith, utelukker de fenomener som involverer elektron-proton-interaksjoner som oppstår ved energier under 3,5 teraelektron volt.
Likevel hadde det vært mye mer spennende hadde de funnet noe nytt, sa Smith.
"Jeg ble skuffet," sa han til Live Science. "Jeg håpet på noe avvik, noe signal. Men andre mennesker var lettet over at vi ikke var langt unna det Standardmodellen forutså."
