Ottieni un'altra vittoria per il Modello standard, la teoria di notevole successo che descrive come interagiscono tutte le particelle fondamentali conosciute.
I fisici hanno fatto la misurazione più precisa di quanto la forza debole - una delle quattro forze fondamentali della natura - agisca sul protone.
I risultati, pubblicati oggi (9 maggio) sulla rivista Nature, sono esattamente ciò che il Modello standard ha previsto, trattando l'ennesimo colpo agli sforzi dei fisici per trovare nodi nella teoria e scoprire nuova fisica che potrebbe spiegare cosa sono la materia oscura e l'energia oscura .
Nonostante i suoi trionfi, il modello standard è incompleto. Non spiega la materia oscura e l'energia oscura, che insieme possono costituire più del 95 percento dell'universo e che tuttavia non sono mai state osservate direttamente. Né la teoria incorpora la gravità né spiega perché l'universo contenga più materia dell'antimateria.
Test del modello standard
Un modo per una teoria più completa è testare ciò che dice il Modello Standard sulla forza debole, che è responsabile del decadimento radioattivo, consentendo le reazioni nucleari che mantengono il sole splendente e guidano le centrali nucleari. La forza delle interazioni della forza debole dipende dalla cosiddetta carica debole di una particella, proprio come la forza elettromagnetica dipende dalla carica elettrica e la gravità dipende dalla massa.
"Speravamo solo che questo fosse un percorso per trovare una crepa nel modello standard", ha detto Greg Smith, fisico presso la Jefferson National Accelerator Facility in Virginia e responsabile del progetto per l'esperimento Q-debole.
I ricercatori hanno fatto esplodere fasci di elettroni in un pool di protoni. Gli spin degli elettroni erano o paralleli o anti-paralleli con il raggio. Quando si scontrano con i protoni, gli elettroni si disperderebbero, principalmente a causa delle interazioni che coinvolgono la forza elettromagnetica. Ma per ogni 10.000 o 100.000 dispersioni, ha detto Smith, si è verificato uno tramite la forza debole.
A differenza della forza elettromagnetica, la forza debole non obbedisce alla simmetria dello specchio, o parità, come la chiamano i fisici. Quindi, quando interagisce tramite la forza elettromagnetica, un elettrone si disperde allo stesso modo indipendentemente dalla sua direzione di rotazione. Ma quando interagisce tramite la forza debole, la probabilità che l'elettrone si disperda dipende in modo così lieve dal fatto che lo spin sia parallelo o anti-parallelo, rispetto alla direzione in cui viaggia l'elettrone.
Nell'esperimento, il raggio si alternava tra elettroni che sparavano con spin paralleli e anti-paralleli circa 1.000 volte al secondo. I ricercatori hanno scoperto che la differenza nella probabilità di scattering era di soli 226,5 parti per miliardo, con una precisione di 9,3 parti per miliardo. Ciò equivale a scoprire che due Monte Everest altrimenti identici differiscono in altezza per lo spessore di una moneta da un dollaro - con una precisione fino alla larghezza di un capello umano.
"Questa è la più piccola e precisa asimmetria mai misurata nello scattering di elettroni polarizzati dai protoni", ha dichiarato Peter Blunden, un fisico dell'Università di Manitoba in Canada che non è stato coinvolto nello studio. La misurazione, ha aggiunto, è un risultato impressionante. Inoltre, mostra che, nella caccia alla nuova fisica, questi esperimenti a energia relativamente bassa possono competere con potenti acceleratori di particelle come il Large Hadron Collider vicino a Ginevra, ha detto Blunden.
Anche se la debole carica del protone si è rivelata più o meno quella che il Modello Standard diceva che sarebbe stata, ogni giorno non si perdono tutte le speranze di trovare nuova fisica. I risultati limitano solo l'aspetto di quella nuova fisica. Ad esempio, ha affermato Smith, escludono fenomeni che coinvolgono interazioni elettrone-protone che si verificano a energie inferiori a 3,5 teraelettroni volt.
Tuttavia, sarebbe stato molto più eccitante se avessero trovato qualcosa di nuovo, ha detto Smith.
"Sono rimasto deluso", ha detto a Live Science. "Speravo in qualche deviazione, in qualche segnale. Ma altre persone erano sollevate dal fatto che non fossimo lontani da quanto previsto dal Modello Standard."
