اندازه‌گیری نیروی هسته‌ای ضعیف برای نخستین‌بار

بیگ بنگ: یک آزمایش پیشگامانه در فیزیک برای اولین‌بار توانست اندازه‌گیری دقیقی از نیروی بین الکترون‌ها و پروتون‌ها که نیروی هسته‌ای ضعیف نام دارد، انجام دهد. مقدار ۰٫۰۷۱۹ برای بیشتر ما معنای خاصی ندارد اما این مقدار احتمالات هیجان‌انگیزی را برای فیزیک ایجاد می‌کند تا فراتر از مدل استاندارد پیش برود.

به گزارش بیگ بنگ، در یک تلاش بین‌المللی بین دانشمندان بنام «مشارکت هفته‌ی Q آزمایشگاه جفرسون»، فیزیکدانان از یک تغییر عجیب و ناگهانی در فیزیک استفاده کردند تا یکی از ضعیف‌ترینِ چهار نیروی بنیادی طبیعت را اندازه‌گیری کنند. فعل و انفعالات بین ذرات چهار گروه دارد که می‌توانند با انرژی بالایی با یکدیگر ادغام شوند. گرانش می‌تواند نیرویی باشد که اول به ذهن می‌رسد؛ این نیرو مانع از آن می‌شود که فنجان‌های چای ما به سمت سقف به پرواز دربیایند. این نیرو ضعیف‌ترین نیرو است که به قطعاتی از ماده به اندازه‌ی زمین نیاز دارد.

نیروی دیگر که بخوبی با آن آشنایی داریم الکترومغناطیس است که می‌بیند بارهای مخالف پروتون‌ها و الکترون‌ها از طریق میانجی‌گری ذرات نور به نام فوتون به یکدیگر جذب می‌شوند. سپس یک نیروی هسته‌ای قوی وجود دارد که در مسافت‌های کوچک فعالیت می‌کند تا ذراتی به نام کوارک را به پروتون‌ها و نوترون‌ها را از طریق عبور از یک ذره به نام گلوئون بچسباند. در آخر، یک نیروی «هسته‌ای ضعیف»، کوچک و عجیب وجود دارد که نوترون‌ها را به پروتون‌ها تبدیل می‌کند (همراه با یک الکترون و پادنوترینو الکترون برای تغییرات اضافی).

اگرچه هیچ‌جا کم‌نورتر از گرانش نیست، فعل و انفعال هسته‌ای ضعیف فقط کسری از یک کشش را بین بارهای یک پروتون و یک الکترون نشان می دهد. راس یانگ از دانشگاه آدلاید گفت: «اندازه‌گیری این اثر دشوار بوده زیرا این نیروی ضعیف خیلی ضعیف‌تر از الکترومغناطیس است.» حقه این بود که از یک کشف عجیب و غریب که در دهه ۵۰ صورت گرفته استفاده کنیم.

بیشتر چیزها در فیزیک از نوعی قانون تعادل یا تقارن پیروی می‌کنند که در آن، مبادله‌ی ویژگی‌های معینی از جهان تفاوتِ صفر ایجاد می‌کند. برای بار، این امر بدین معنا است که اگر به طور ناگهانی تمام بارهای مثبت و منفی را با یکدیگر عوض می‌کردیم، همه چیز به همین میزان زیبا بود. همچنین، اگر دوباره بپیچیم، هیچ نشانه‌ای وجود نخواهد داشت که این را تشخیص دهیم.

فضا واقعا عجیب و غریب است. اگر موقعیت همه چیز را در یک آینه‌ی جهانی غول‌پیکر تغییر می‌دادیم، بیشتر چیزها تغییر نمی‌کردند. نیروی هسته‌ای ضعیف یک استثناء مهم را ارائه می‌دهد. یک غرض‌ورزی چپ و راست ذاتی در تجزیه‌ی ذراتِ درگیر در این نیرو وجود دارد که اگر جهان درهم و برهم می‌شد قطعأ متوجه آن می‌شدیم. این نقضِ چیزی که آن را تقارنِ همبستگی (برابری) می‌نامیم اساس این آزمایش بر روی نیروی ضعیف را شکل می‌دهد. چرخش الکترون‌ها در یکی از دو جهت و پرتاب کردن آن در پروتون‌ها باعث می‌شود در یک حالت دقیق کمانه کنند که به جهت یا مارپیچگی چرخش آنها بستگی دارد.

یانگ گفت: «اختلاف بین دو پیکره‌بندی مارپیچگی برای هر میلیارد الکترونِ پراکنده به میزان کمتر از ۳۰۰ است. با اندازه‌گیری بسیار دقیق این اختلاف کوچک، توانستیم بار ضعیف پروتون را تعیین کنیم». نتایج این آزمایش با چیزی همسو است که بر اساس تصویر فعلی از فیزیک ذرات و مدل استاندارد انتظار داشتیم. بنابراین، این کشف به خودی خود بزرگ نیست.

یانگ گفت: «اگر این اندازه‌گیری منحرف از پیش‌بینی‌مان باشد، یک امضای قدرتمند برای نوع جدیدی از نیروی ناشناخته خواهد بود که بین ذرات بنیادی فعالیت دارد.» همانند مدل استاندارد، هنوز شکاف‌های زیادی وجود دارد که در آن، ماهیت پدیده‌هایی مثل انرژی تاریک و نظریه‌ی کوانتوم-دوستِ گرانش آشکار خواهد شد. فقط باید روش درست برای تجزیه و تحلیل این خواص جهان را کشف کنیم. داشتن یک روش تأیید شده برای بررسی فعل و انفعالاتی که معمولأ در همۀ نیروهای قوی‌تر پنهان شده‌اند یک ابزار جید، درخشان و با ارزش را به فیزیکدانان عرضه می‌کند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature منتشر شده است.

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *