Horch, Quarks! Seltsame Kleinstpartikel Webstuhl groß in neue Studie

Die genaueste Messung noch eine grundlegende Eigenschaft der Quarks – einer der Bausteine der Materie – Wissenschaftler näher bringt, auf der Suche nach neuen exotischen Teilchen.

Die neue Studie, die eine Jahrzehnte alte Experiment revisited, könnte helfen, eine Theorie darüber hinaus eines der erfolgreichsten Physiker in der Physik: das Standard-Modell.

Auf dem US-Department of Energy Thomas Jefferson National Accelerator Laboratory abgefeuert Wissenschaftler einen Strahl von Elektronen in einem Atom Deuterium oder schwerem Wasserstoff, bestehend aus einem Proton und einem Neutron. Sie betrachteten die Art und Weise die Elektronen nach der Kollision mit des Kerns des Atoms verstreut, die und dieses Muster verwendet, um mehr über Quarks, erfahren die Protonen und Neutronen bilden. Das Experiment ist ähnlich wie ein in den späten 1970er Jahren, die geholfen haben, bestätigen Sie, dass das Standard-Modell erfolgreich das Verhalten von winzigen Teilchen erklärt getan. Das Werk erscheint in der 6. Februar-Ausgabe der Zeitschrift Nature. [Verrückte Physik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

"Wir wollen einige Abweichungen von der Standard-Modell", sagte Co-Studienautor Xiachao Zheng, Associate Professor an der University of Virginia. "Zu sehen, ob es eine Erweiterung für das Standard-Modell ist, das Elektron vielleicht neue Dinge hinzufügen."

Standardmodell: was fehlt?

Die Hauptstütze der Teilchenphysik seit den 1970er Jahren, hat das Standard-Modell erfolgreich die Existenz von Elementarteilchen wie das Higgs-Boson, prognostiziert die zeigte, dass das Higgs-Feld vorhanden ist und einige Partikel Masse gibt. Robust wie es, aber ist das Standard-Modell ist nicht unbedingt vollständig.

Zum Beispiel kann das Modell nicht erklären einige der Geheimnisse der Elementarteilchen Quarks (die Protonen und Neutronen im Inneren der Atome ausmachen) und Leptonen (eine Gruppe, die Elektronen, Myonen und Neutrinos enthält) genannt.

"Warum sind die verschiedenen Quark Massen, was sie sind? Das Standardmodell sagt nichts darüber, warum ein Myon so viel schwerer als das Elektron ist. Warum gibt es drei Familien von Quarks und Leptonen? Wir haben einfach nicht antworten, "Charles Prescott, ein emeritierter Professor an der Stanford University, die in den 1970er Jahren in den frühen Experimenten beteiligt war, schrieb in einer e-Mail. Er stellte fest, die Entwicklung von Elektronenstrahlen im Jefferson Lab erlaubt für Experimente, die subtile Effekte, das ein auf neue Physik Hinweis könnte suchen – und Fleisch aus dem Standard-Modell.

Auf der Suche nach neuen Physik

Teilchenphysiker verwenden häufig Elektronen innerhalb der Atome "sehen". Als weniger massiv, sie können mit weniger Energie als Protonen abgefeuert werden, und wie die Elektronen in einem Strahl schneller bewegen, können sie kleinere Strukturen lösen. Im Jefferson Lab Experiment stieß die Forscher Hälfte der Elektronen in eine Richtung drehen, und in der anderen. Wenn die Elektronen den Atomkern erreicht, interagiert sie mit den Quarks, aus denen sich das Proton und Neutron innen Deuterium, über die schwache Kernkraft. Die Elektronen bewegten sich in der Nähe von der Geschwindigkeit des Lichts, mit einer Energie von 6,067 Milliarden Elektronenvolt oder GeV (Gigaelectronvolts).

Die schwache Kernkraft ist einer der vier fundamentalen Kräfte, zusammen mit Gravitation, Elektromagnetismus und die starke Kernkraft. Die schwache Kernkraft, die getragen wird von sehr massive Teilchen W und Z-Bosonen genannt, ist verantwortlich für bestimmte Arten von Radioaktivität. Wenn Elektronen, die in entgegengesetzte Richtungen drehen am Kerne ausgelöst werden, verknüpfen Z-Bosonen mit die Quarks in Protonen und Neutronen, einen Prozess namens Kupplung. Die Links- und rechtshändigen Elektronen streuen nicht danach, die gleiche Weise. Diese Asymmetrie ist Parität Verletzung genannt. [Die 6 verrücktesten Wirkung der Schwerkraft]

Im Jahr 1978 feuerte Wissenschaftler am SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, Kalifornien, einen Strahl von Elektronen in einem Atomkern zu bestätigen, dass das Standard-Modell gearbeitet und ob das Z-Boson existiert. Damals wollten sie sehen, ob Parität Verletzung passiert – wenn ja, dann, die Beweise für das Z-Boson war. (ZZ-Boson direkt später bei CEN 1983 beobachtet).

In der neuesten Experiment fanden die Forscher die gleiche Parität Verletzung. Die Wissenschaftler konnten jedoch genauer zu messen. Sie fanden heraus, genau wie viel der Asymmetrie von den Quarks und wie viel von der Elektronen kommt.

"In der ursprünglichen SLAC Experiment konnte nicht sie trennen die Quarks und Elektronen," Zheng sagte. "Jetzt können wir die Parität Verletzung Beitrag von jedem trennen."

Das Extrapräzision setzt Grenzen auf, wo die neuen Physik ist wahrscheinlich gefunden werden, ebenso wie die Experimente in die große Partikel Beschleuniger setzen Grenzen wo das Higgs gefunden werden könnte-das ist, wie viel Energie bräuchte man erscheinen. (Physiker endete die Suche nach dem Higgs-Boson an eine Masse von etwa 125 GeV.)

Neueste Erkenntnisse zeigen, wieviel Energie es braucht, um neue Arten von Teilchenwechselwirkungen finden. Das Ergebnis war zwei Grenzen: 5,8 Billionen Elektronenvolt (TeV) und 4,6 TeV. Wenn die neuen Interaktionen die Beiträge der Quarks, die Asymmetrie erhöhen, werden sie über 5,8 TeV gesehen werden. Wenn sie die Quark-Beitrag zurückgehen, werden über 4,6 TeV. Diese Energien sind in Reichweite der Large Hadron Collider am CERN.

Jefferson Lab, inzwischen soll ein Upgrade ermöglicht es, die Energien von 12 erreichen GeV. Neue experimentelle Möglichkeiten in Newport News, Virginia, Einrichtung bieten könnte.

"Wir wollen diese Experimente zu erweitern", sagte Zheng, "zu Präzision einen weiteren Faktor fünf oder zehn zu erhöhen." Das würde weiter die Bereiche eingrenzen, wo neue Physik gefunden werden kann.

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