物理学家刚精确测量四种基本力之一的“弱力” 这是标准模型的另一个胜利

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这是标准模型的另一个胜利，这是一个非常成功的理论，它描述了所有已知基本粒子是如何相互作用的。物理学家们已经做出了迄今为止最精确的测量，来测量弱力--自然界的四种基本力之一:对质子的作用。5月9日发表在《自然》(Nature)期刊上的研究结果，正是标准模型预测的结果，对物理学家们在理论中寻找奇点的努力，以及发现可以解释暗物质和暗能量新物理学的努力又一次打击。

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在q -弱实验中使用的仪器，最近测量了一种基本自然力，并没有发现偏离标准模型。图片:Jefferson Lab, US DOE

尽管它取得了成功，但标准模型是不完整的。这并不能解释暗物质和暗能量的存在，它们共同构成了宇宙的95%以上，却从未被直接观测到。这个理论也没有包含引力，也没有解释为什么宇宙包含的物质比反物质更多。一种更完整的理论的方法是检验标准模型对弱力的描述。弱力是放射性衰变的原因，它能使太阳发光并驱动核电站的核反应。弱力相互作用强度取决于一个粒子的所谓弱电荷，就像电磁力依赖于电荷而引力取决于质量。

q-弱实验是一项历时多年的研究，涉及来自20多家机构的100多名科学家，他们首次着手测量质子的微弱电荷。弗吉尼亚州杰斐逊国家加速器设施的物理学家格雷格·史密斯(Greg Smith)说:我们只是希望这是找到标准模型裂缝的一条途径。研究人员在质子池中发射了电子束。电子的自旋不是平行的就是反平行的。在与质子碰撞时，电子会散射，主要是由于与电磁力的相互作用，每1万到10万次散射，就有一种是通过弱力产生的。

与电磁力不同，弱力不像物理学家所说的那样遵循镜像对称或奇偶性。所以，当通过电磁力相互作用时，电子就会以同样的方式散射，而不管它的自旋方向。但是当通过弱力相互作用时，电子散射的可能性就会很小，取决于旋转是平行的还是反平行的，相对于电子运动的方向。在实验中，光束在发射的电子与平行的和反平行的旋转之间交替，大约每秒1000次。研究人员发现，在散射概率上的差异仅仅是226.5分/ 10亿，精度为9.3分/ 10亿。这就相当于发现了两种不同的山，在高度上，每一枚硬币的厚度都不同--精确到人类头发的宽度。

加拿大曼尼托巴大学(University of Manitoba)的物理学家彼得·布伦登(Peter Blunden)说:这是迄今为止测量的最微小、最精确的不对称。这是一个令人印象深刻的成就。另外表明，在寻找新物理的过程中，这些相对低能量的实验可以与强大的粒子加速器竞争，比如日内瓦附近的大型强子对撞机。尽管质子的微弱电荷几乎是标准模型所称的，但所有的希望都不会在某天找到新的物理。结果只是限制了那些新物理学的样子。例如，排除了电子-质子相互作用的现象，能量在3.5万亿电子伏以下。不过，史密斯说，如果他们能找到新的东西，那就更令人兴奋了。

博科园-科学科普|文:Marcus Woo/Live Science

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