@ 2018.05.13 , 19:00
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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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  1. 流河旱树
    @2 weeks ago
    3812789

    据说科学进入了大壁垒阶段

  2. NEO(持久强势)
    @2 weeks ago
    3812815

    图不错,我收了

  3. 昵称
    @2 weeks ago
    3812823

    煎蛋一直走在物理学最前沿

  4. 冻成狗
    @2 weeks ago
    3812826

    能用普通语句来解释什么叫力么。。。现在普通字都懂,但是连起来就不懂了。。。

  5. 三体针眼画师
    @2 weeks ago
    3812849

    图片是波尔原子模型吧,我记得这种模型不是早都被推翻了嘛

  6. 3812879

    每个字都看得懂系列

  7. ayachyan
    @2 weeks ago
    3812907

    人类科技已经进入大过滤器了,能否出来决定这人类有没有明天。

  8. wastdragon
    @2 weeks ago
    3812937

    什么都离不开统计,数学还是基础

  9. 你的名字
    @2 weeks ago
    3812941

    “在能量足够高时,这四种相互作用也可以结合在一起。”

    有达人深入浅出详述一下这点么?

  10. 你的名字
    @2 weeks ago
    3812943

    “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)。”

    还有这个,有人解释一下吗?

  11. 费孛沓
    @2 weeks ago
    3812948

    简单说就是利用弱相互作用的宇称不守恒来设计实验测量其大小?

  12. 3813014

    @费孛沓: 没错,这里说得就是宇称不守恒,杨振宁、李政道、吴健雄的杰作

  13. 细雨将至
    @2 weeks ago
    3813054

    弱相互作用和电磁力统一理论早在三十年前就已经证实了,也就是说这两种力是同一种力在不同尺度下的不同表现形式,强相互作用和这两者之间的统一理论也有一些进展,但是引力在各种理论中都没法完全自洽的统一,很可能根本就没法统一,这也是广义相对论和量子理论之间最巨大的鸿沟。

  14. 直立行走猪
    @2 weeks ago
    3813059

    airforce是空军,那么“Nuclear force”一定就是核导弹部队呢
    “核力”这种说法很别扭,教科书上写的都是“弱相互作用力”

  15. 呼呼
    @2 weeks ago
    3813147

    对称性破缺?

  16. 秒沙
    @2 weeks ago
    3813310

    “核弱力嫰肤仪”即将面世

  17. 3813344

    有意思。。其实人类干嘛 要打仗呢?多花点时间想明白这些问题,早点统治宇宙多好,那么多资源人手一颗等着我们去分配呢。。急啥呢。。这么短视。。

  18. 老干妈
    @2 weeks ago
    3813370

    核弱力防护衣 量子防辐射衣 孕妇防辐射 美国 德国 爆款

  19. 3813398

    @你的名字: 恐怕解释以后的你更看不懂。自由中子是不稳定的,大约15分钟后就会衰变成质子和电子以及中微子。但仅靠电磁力、强力是无法解释这一过程的,因为中子衰变过程中,一个下夸克变成了上夸克,而强力是禁止这种变化的。只有弱力才能产生这种夸克的转变(学名叫味变),所以中子的衰变就是弱力造成的。不但是中子衰变,原子核的贝塔衰变都是弱力造成的。所以弱相互作用虽然弱,但绝非不重要。

    顺便说一句,现在时髦的暗物质,最主要候选者就是“大质量弱相互作用粒子“,从名字就可以看出,它只受到弱相互作用(当然还有引力),因此探测它们的最佳方式也就是通过弱相互作用

  20. 3813593

    @bbb:
    因为人类都害怕其他人想加害自己,这个被害心理在国家民族主义下,加剧到抱团取暖的地步,只有自己的国家民族地位得到保障才是真理,非我族类必有异心。
    除非出现真正威胁全人类的危机,否则国家民族主义依然会令世界人类永远无法真正互相信赖,也谈不上放下武器。

    中国要求美国先答应,美国要求俄罗斯先放弃,俄罗斯要求中国先接受。
    这就是现实。

  21. 3813780

    测得值为 0.0719 +/- 0.0045
    该研究已经发布在《自然》杂志上
    https://www.nature.com/articles/s41586-018-0096-0

  22. fakenews
    @2 weeks ago
    3814679

    @流河旱树: 可观测尺度已经到了极限,人类目前只能在地球上观测,很多理论没法验证,除非能飞出地球,见识更多物理特性来反推和重新构筑学术内容。

  23. 兔兔
    @2 weeks ago
    3815368

    连起来看不懂系列以及评论里有高人系列

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