Beta-henfaldsmålinger i spejlkerner fastholder den svage kernekraft

Standardmodellen for partikelfysik er videnskabsmænds bedste forståelse af de kræfter, der beskriver, hvordan subatomare partikler interagerer. Standardmodellen omfatter fire kræfter:den stærke kernekraft, den svage kernekraft, den elektromagnetiske kraft og gravitationskraften. Alle fire kræfter styrer den måde, vores univers fungerer på. Den svage kernekraft er dog usædvanlig svær at studere, da den overskygges af de meget større virkninger af de stærke kernekraft og elektromagnetiske kræfter.

Forskere har fået ny indsigt i den svage kernekraft fra detaljerede undersøgelser af beta-henfaldene af "spejl"-kernerne lithium-8 og bor-8. Spejlkerner er atomer med omvendt antal protoner og neutroner. For eksempel har lithium-8 tre protoner og fem neutroner, mens bor-8 har fem protoner og tre neutroner.

Forskere har udført en ny, mere følsom måling af beta-henfaldsegenskaber for at jage efter et teoretiseret træk ved den svage kernekraft, der ikke i øjeblikket er inkluderet i standardmodellen. Den svage kernekraft driver processen med nuklear beta-henfald. I beta-henfald udsender en proton eller neutron i en kerne en beta-partikel (en elektron eller dens anti-partikel, en positron) og en neutrino.

Egenskaberne af beta-henfaldene af de radioaktive spejlkerner lithium-8 og bor-8 er i perfekt overensstemmelse med forudsigelserne i standardmodellen. Denne indsats kombinerer state-of-the-art eksperimentelle og teoretiske metoder og baner vejen for fremtidige fremskridt i studiet af den svage atomkraft.

Et hold af atomforskere fra Lawrence Livermore National Laboratory, Argonne National Laboratory og Louisiana State University målte præcist beta-henfaldsegenskaberne af "spejl"-kernerne lithium-8 og bor-8 for bedre at forstå den svage kernekraft. Spejlkerner har det samme samlede antal protoner og neutroner, men antallet af hver partikel er omvendt. Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters .

Spejlkerner giver mulighed for at studere den svage kernekraft med øget følsomhed. Den forudsagte signatur af mange af de eftertragtede nye effekter ville give anledning til modsatte bidrag i de to forskellige kerner. Dette ville gøre det muligt for forskere at sammenligne resultaterne af lithium-8 og bor-8 for at isolere bidragene til henfaldet fra hver kerne.

Ved at studere begge disse kerner med Beta-decay Paul Trap, en enhed, der holder skyer af ioner i vakuum, bestemte forskerne energierne og retningerne af den udsendte beta-partikel og to alfapartikler med høj præcision. Denne tilgang gjorde det muligt for forskerne at rekonstruere de fulde forfaldsegenskaber, inklusive bidraget fra den usete neutrino.

Standardmodellen (SM) forudsiger fordelingen af ​​emissionsvinkler for beta-partiklen og neutrinoen, og enhver observeret forskel ville afsløre nye aspekter af den svage kernekraft.

Holdet ledte efter forskelle mindre end 1 %, hvilket krævede en grundig forståelse af apparaturet og detektionssystemet, parret med en nyudviklet første-princip-tilgang ved brug af "Symmetri-Adapted No-Core Shell Model theory" for at tage højde for en række små effekter, der opstår fra kernens komplicerede miljø. Resultaterne var den højeste præcision af deres art og bekræftede SM-forudsigelsen med øget selvtillid.

Flere oplysninger: A. T. Gallant et al., Angular Correlations in the β Decay of ⁸ B :Første tensor-strømgrænser fra et spejl-kernepar, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.130.192502

Journaloplysninger: Physical Review Letters

Leveret af det amerikanske energiministerium