@ 2018.05.13 , 19:00

物理学家首次精确测得「弱核力」

物理学家首次精确测得「弱核力」

弱核力/弱相互作用,即电子和质子间的作用力。最近,“杰佛逊物理实验室”的物理学家进行了一项突破性的实验,利用粒子物理学的一个古怪特性,首次精确测得弱核力。

在自然界里,粒子间的相互作用可以分为四类——引力相互作用(引力)、电磁相互作用(电磁力)、强相互作用(强核力)、弱相互作用(弱核力)。在能量足够高时,这四种相互作用也可以结合在一起。

我们最熟悉的是引力相互作用。它使树上的苹果往地下落,而不往天上飞。在这四种力中,它也是最弱的——只有面对行星、恒星等庞然大物时,我们才会注意它的效果。其次,我们同样熟悉的还有电磁相互作用。质子和电子带有相反电荷,它们通过光子相互吸引。

强弱相互作用的作用距离都非常短。强相互作用是最强的力,它使夸克通过胶子结合成质子和中子。最后是奇特的弱相互作用。在弱核力的作用下,中子可以转化为质子(附带一个电子和一个电反中微子)。虽然弱核力远不如引力弱,但跟强核力、电磁力比起来,还是微弱得多。因此,物理学家一直无法精确测量弱核力。

这回,科学家巧妙地利用粒子物理学的一个古怪特性,成功精确测得弱核力。在物理学中,大部分东西都遵循着某种平衡或对称的规则,交换某些宇宙特性不会造成任何差异。举例而言:如果瞬间交换所有正负电荷,万事万物几乎不会发生变化;同样的,就算时间倒流,我们也不会注意到;空间稍微怪异一些,如果我们在某面巨型宇宙镜子里颠倒万物的位置,大部分东西也不会发生变化。

不过,弱核力却是个例外。它在分解粒子时,具有旋向性偏好(左旋或右旋)。如果宇宙突然颠倒,我们会注意到这种变化。这种不对称性构成了本实验的基础。

当我们旋转电子(左旋或右旋),并将它们抛向质子时,电子会以某种精确方式进行弹跳,弹跳方式取决于旋转方向(或称螺旋性)。每散射10亿个电子,这两种旋转方向的差异总计小于300。科学家通过精确测量这种微小差异,判断出质子的弱核力。实验结果符合“标准模型”的预测,因此算不上什么重大成就——如果偏离预测,那就说明可能存在某种未知的基本作用力。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。
原作者:MIKE MCRAE


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