Die Unparticle kann im Erdmantel lauern.

Es ist ein guter Zeitpunkt, um ein Teilchenphysiker werden. Schließlich scheint das lang ersehnte Higgs-Boson Teilchen an einem Beschleuniger in Genf gefunden worden sind, und Wissenschaftler sind jetzt heiß auf den Spuren der ein weiteres kleines Stück des Universums, diesein gebunden an eine neue fundamentale Kraft der Natur.

Ein Experiment mit der Erde selbst als eine Quelle der Elektronen hat sich die Suche nach einer neuen Kraft-Lager Teilchen, restriktivere Inverkehrbringen, wie groß die Kraft, die es trägt sein kann verengt.

Als zusätzlichen Bonus wenn das neue Teilchen ist real, sagen es wird Aufschluss über Prozesse und Strukturen im Inneren Erde, Studie Forscher vom Amherst College und der University of Texas at Austin. Die experimentellen Ergebnisse erscheinen in der 22 Februar Ausgabe der Zeitschrift Science.

Die neue Kraft der Natur trägt was Langstrecken Spin-Spin-Wechselwirkung genannt wird, sagte der leitende Studienautor Larry Hunter, ein Physiker in Amherst. Short-Range Spin-Spin-Interaktionen geschehen die ganze Zeit: Magneten an den Kühlschrank kleben, da die Elektronen in den Magneten und in den Kühlschrank Stahl außen alles um in die gleiche Richtung drehen. Aber längerer Reichweite Spin-Spin-Interaktionen sind noch geheimnisvoller. [Verrückte Physik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

Die Kraft neben der vier fundamentalen Kräfte vertraut, Physiker funktionieren würde: Gravitation, Elektromagnetismus und der starken und schwachen Kernkräfte. Einige Physiker denken diese neue Kraft existiert, weil das Standardmodell der Teilchenphysik zu erweitern – eine Theorie, die die Physik der kleinsten Teilchen definiert – tatsächlich als prognostiziert-noch unentdeckte Teilchen, die es tragen würde.

Die unparticle

Es gibt drei Möglichkeiten für wo diese Kraft herkommt. Das erste ist ein Teilchen, genannt die Unparticle, die wie Photonen (Lichtteilchen) in gewisser Weise und wie Teilchen der Materie in anderen verhält. Die zweite ist eine namens der Z "(sprich"Z-Prime"), ein leichter Cousin das Z-Boson, das die schwache Kernkraft trägt. Unparticles und ZS ergeben sich aus Erweiterungen der aktuellen physikalischen Theorien. Und die dritte Möglichkeit ist, dass es kein neues Teilchen überhaupt gibt, aber der Relativitätstheorie hat einige Komponente, die Spin beeinflusst.

Die Unparticle wurde zuerst im Jahr 2007 von Harvard Physiker Howard Georgi vorgeschlagen. Partikel haben eine bestimmte Masse, es sei denn, sie sind Photonen, die masselos sind. Ein Elektron oder Proton Masse nicht ändern egal wie viel Schwung hat — die Masse (und damit seine Energie) und Sie ändern die Art des Teilchens ist. Unparticles müsste eine Variable Masse-Energie.

Obwohl Wissenschaftler ein neues Teilchen gebunden an die Kraft noch nicht gefunden haben, sahen sie, dass die weiträumige Spin-Spin-Wechselwirkung um einen Faktor von 1 Million als frühere Experimente zeigten kleiner sein musste. Wenn die Kraft vorhanden ist, ist es so winzig, dass die Gravitationskraft zwischen zwei Teilchen, die wie ein Elektron und ein Neutron eine Million mal stärker ist.

Die normale, Kühlschrank Magnet Art Spin Interaktionen, vermittelt durch Photonen, arbeiten nur auf sehr kurze Distanzen. Zum Beispiel magnetische Kräfte fallen als inverse Würfel des Abstandes — gehen doppelt so weit entfernt, und die Stärke der Kraft sinkt um einen Faktor von acht. Lange Reihe Spin-Spin-Kräfte scheinen nicht um annähernd so viel abnehmen. Physiker haben die Partikel gesucht, die diese Art der Interaktion jahrelang tragen, aber nicht gesehen. Die Amherst experimentieren legt strengere Beschränkungen wie stark die Kraft ist, wodurch Physiker einen besseren Überblick wo Sie suchen müssen.

Erdatmosphäre Elektronen

Theoretiker kannten bereits die Kraft, die sie suchten wäre schwach und konnte nur über sehr große Entfernungen nachgewiesen werden. So benötigt die Wissenschaftler eine kreative Art und Weise zu suchen. Sie brauchten, um einen Platz zu finden, wo tonnenweise Elektronen zusammengepfercht waren, um ein stärkeres Signal zu produzieren.

"Elektronen haben einen großen magnetisches Moment", sagte Jäger. "Besser richten sie mit dem Erdmagnetfeld, so dass sie die offensichtliche Wahl." Alles, was die Spins der Elektronen stößt das Line-up mit Magnetfeld der Erde ändert sich die Energie dieser Drehungen um einen kleinen Betrag. [50 erstaunliche Fakten über Planetenerde]

Also die Amherst und University of Texas Team entschieden, die Elektronen, die in den Mantel der Erde, denn es eine Menge von ihnen gibt – etwa 10 ^ 49. "Die Leute vor dem vorbereiteten Proben von Spin-polarisierten Neutronen und so," sagte Hunter. "ihre Quelle war eng und kontrollierbar. Aber ich merkte, dass mit einer größeren Quelle du bessere Empfindlichkeit konntest. "

Der Grund ist, dass, obwohl nur eine in etwa 10 Millionen Mantel Elektronen ihren Spin, Magnetfeld der Erde ausrichten wird, bleibt noch 10 ^ 42 davon. Obwohl es nicht möglich ist, ihnen die Steuern, wie man in einem Labor würde, gibt es viele, mit zu arbeiten.

Elektron Karte

Die Wissenschaftler zuerst die Spin-Richtungen und Dichte der Elektronen im Inneren der Erde zugeordnet. Die Karte basiert auf die Arbeit der Jung-Fu Lin, Associate Professor für Geowissenschaften an der University of Texas und Co-Autor des Fachartikels.

Damit die Karte verwendet sie die bekannte Stärke und Richtung des Erdmagnetfeldes überall in Mantel und Kruste des Planeten. Sie verwendet die Karte um zu berechnen wie viel Einfluss diese Elektronen in der Erde auf Spin-Sensitive Experimente gehabt hätte, die in Seattle und Amherst durchgeführt wurden.

Das Amherst-Team dann ein magnetisches Feld auf eine Gruppe von subatomaren Teilchen angewendet – Neutronen in diesem Fall – und betrachtete ihre Spins. Die Seattle-Gruppe schaute auf Elektronen.

Die Änderung in der Energie der Spins in diesen Experimenten hing von der Richtung, die sie zeigten. Drehungen drehen um die angewandten Magnetfelder mit einer deutlichen Frequenz. Wenn die Elektronen in den Mantel etwas Kraft, die sie betrifft übertragen, sollte es wie eine Veränderung in dieser Frequenz der Partikel im Labor angezeigt werden.

Neben der Verengung der Suche nach neuen Kräften, wies das Experiment auch auf eine weitere Möglichkeit zur inneren Erde zu studieren. Berechtigen, Modelle der inneren Erde manchmal inkonsistente Antworten auf die Frage warum, z. B. seismische Wellen durch den Mantel die Art und Weise zu verbreiten, was, die Sie tun. Die fünfte Kraft wäre ein Weg, um "die subatomaren Teilchen es lesen" – und könnte helfen, die Diskrepanz zu verstehen. Es würde auch helfen, Geowissenschaftler sehen, welche Art von Eisen dort unten ist, und die tatsächliche Struktur hat es. "Es uns Informationen, die wir meist keinen Zugang zu haben geben würde", sagte Lin.

Anmerkung der Redaktion: dieser Artikel wurde aktualisiert, um den letzten Namen des Physikers Larry Hunter korrigieren.

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