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质子弱力最精确测量结果与标准模型几乎一致

2018-05-14 10:40:17 来源:科技日报

  据美国趣味科学网站近日报道,国际物理学家团队在近日出版的《自然》杂志撰文称,他们对质子受到的弱力进行了迄今最精确的测量,结果与标准模型的预测相差无几。这也表明人们寻找新物理学的希望再次落空。

  自然界存在4种力:电磁力、万有引力、强力和弱力。尽管标准模型在解释很多现象方面非常成功,但其并不完整。它并不能解释暗物质和暗能量,也没有将引力囊括进来(它只描述了电磁力、强力和弱力),而且无法解释为什么宇宙间物质多于反物质。

  研究人员认为,让标准模型变得更完整的一种方法是,测试标准模型对弱力的描述。弱力负责与核反应有关的放射性衰变,其强度取决于粒子的弱荷,正如电磁力取决于电荷。

  最新实验名为“Q-弱”(Q-weak),来自20多个机构的100多名科学家历时多年,首次测量了质子的弱荷。

  在实验中,他们朝质子池发射电子束。电子的自旋与光束平行或反平行。与质子碰撞后,电子会发生散射,散射的主要原因是电磁力。但史密斯说,每1万或10万次散射中,有一个散射会通过弱力发生。

  研究人员解释,电磁力与弱力不同,当电子通过电磁力相互作用时,不管其自旋方向如何,都以相同方式散射;但当其通过弱力相互作用时,电子散射的几率取决于电子的自旋平行还是反平行于电子的行进方向。最后,研究人员发现,散射几率的差异仅为10亿分之226.5;精度为10亿分之9.3。

  研究人员指出,尽管质子的弱荷被证明与标准模型的预测几乎一样,但发现新物理学并非完全失去希望。最新研究结果限制了某些情况,例如,排除了在能量低于3.5兆电子伏特时出现的电子—质子相互作用现象。

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