物理學家首次精確測得「弱核力」

類別: 新奇
蛋花@ 2018.05.13 , 19:00
5

物理學家首次精確測得「弱核力」

物理學家首次精確測得「弱核力」

弱核力/弱相互作用,即電子和質子間的作用力。最近,“傑佛遜物理實驗室”的物理學家進行了一項突破性的實驗,利用粒子物理學的一個古怪特性,首次精確測得弱核力。

在自然界裡,粒子間的相互作用可以分為四類——引力相互作用(引力)、電磁相互作用(電磁力)、強相互作用(強核力)、弱相互作用(弱核力)。在能量足夠高時,這四種相互作用也可以結合在一起。

我們最熟悉的是引力相互作用。它使樹上的蘋果往地下落,而不往天上飛。在這四種力中,它也是最弱的——只有面對行星、恆星等龐然大物時,我們才會注意它的效果。其次,我們同樣熟悉的還有電磁相互作用。質子和電子帶有相反電荷,它們通過光子相互吸引。

強弱相互作用的作用距離都非常短。強相互作用是最強的力,它使夸克通過膠子結合成質子和中子。最後是奇特的弱相互作用。在弱核力的作用下,中子可以轉化為質子(附帶一個電子和一個電反中微子)。雖然弱核力遠不如引力弱,但跟強核力、電磁力比起來,還是微弱得多。因此,物理學家一直無法精確測量弱核力。

這回,科學家巧妙地利用粒子物理學的一個古怪特性,成功精確測得弱核力。在物理學中,大部分東西都遵循著某種平衡或對稱的規則,交換某些宇宙特性不會造成任何差異。舉例而言:如果瞬間交換所有正負電荷,萬事萬物幾乎不會發生變化;同樣的,就算時間倒流,我們也不會注意到;空間稍微怪異一些,如果我們在某面巨型宇宙鏡子裡顛倒萬物的位置,大部分東西也不會發生變化。

不過,弱核力卻是個例外。它在分解粒子時,具有旋向性偏好(左旋或右旋)。如果宇宙突然顛倒,我們會注意到這種變化。這種不對稱性構成了本實驗的基礎。

當我們旋轉電子(左旋或右旋),並將它們拋向質子時,電子會以某種精確方式進行彈跳,彈跳方式取決於旋轉方向(或稱螺旋性)。每散射10億個電子,這兩種旋轉方向的差異總計小於300。科學家通過精確測量這種微小差異,判斷出質子的弱核力。實驗結果符合“標準模型”的預測,因此算不上什麼重大成就——如果偏離預測,那就說明可能存在某種未知的基本作用力。

本文譯自sciencealert,由譯者蛋花基於創作共用協議(BY-NC)釋出。
原作者:MIKE MCRAE

物理學家首次精確測得「弱核力」原文請看這裡