В ходе проведения эксперимента Q-weak специалистами и учеными из Национальной лаборатории ускорителей имени Томаса Джефферсона было получено самое точное на сегодняшний день значение"заряда" сил слабых ядерных взаимодействий, самых слабых сил из четырех видов фундаментальных сил в природе. Отметим, что этот "заряд" был измерен по отношению к протону, но полученные учеными результаты открывают массу новых возможностей для поисков новых элементарных частиц, существование которых выходит за пределы Стандартной Модели.
Силы слабых ядерных взаимодействий практически невозможно наблюдать непосредственно, но их влияние ощущается практически во всех окружающих нас вещах. Эти силы начинают цепочки реакций, которые приводят в действие наше Солнце, они являются основой механизма ядерного распада, нагревающего ядро Земли, и они позволяют медикам заглянуть внутрь нашего тела без необходимости хирургического вмешательства.
"Заряд" сил слабых ядерных взаимодействий протона в чем-то походит на более знакомый нам электрический заряд, благодаря которому протон способен участвовать в процессах электромагнитной природы. Эти два вида взаимодействия тесно связаны в рамках Стандартной модели, теории, которая описывает электромагнитные и слабые силы как два различных вида проявления одной и той же силы, которая определяет взаимодействия между субатомными частицами.
Для того, чтобы измерить "слабый заряд" протона, интенсивный луч электронов был направлен на цель, содержащую водород, охлажденный до жидкого состояния. Электроны, рассеянные этой целью, были пойманы специальным высокоточным прибором, который измерял все их параметры, включая и направление движения. Ключевым моментом в данном случае являлась высокоточная поляризация электронного луча, все содержащиеся в нем электроны вращались строго в одном направлении. При этом, направление вращения электронов изменялось и регулировалось во времени также с высокой точностью.
Зная точное значение поляризации электронного луча, ученые получили возможность отфильтровать ненужные и выделить только самые мельчайшие отклонения, вызванные воздействием сил слабых ядерных взаимодействий. Для двух видов поляризации электронного луча этот эффект был измерен с точностью двух 10-миллионных частей.
Полученное значение "слабого заряда" протона равно QWp=0.0719±0.0045, что полностью укладывается в рамки Стандартной Модели, и это подтверждает экспериментальным путем ряд теоретических предсказаний, касающихся еще необнаруженных тяжелы частиц, поиски которых ведутся сейчас на Большом Адронном Коллайдере и других ускорителях частиц.
"Результаты эксперимента Q-weak являются еще одной подсказкой, указывающей направление пути поисков новых областей физики, лежащих пока за гранью нашего понимания" - рассказывает Тимоти Дж. Халлмен (Timothy J. Hallman), заместитель директора научного управления американского Министерства Энергетики, - "Уже давно существует ряд доказательств, что Стандартная Модель не обеспечивает полного описания всех наблюдаемых нами явлений природы, и каждый подобный эксперимент приближает нас к обнаружению ответа на вопрос почему так происходит?".