Det knækkede spejl:Kan paritetsbrud i molekyler endelig måles?

Paritetskrænkelse er en grundlæggende egenskab ved universet, som er blevet observeret i en række eksperimenter, men aldrig i molekyler. Dette skyldes det faktum, at molekyler er meget mindre end atomer, og virkningerne af paritetskrænkelse er meget svagere på molekylært niveau. Nylige fremskridt inden for eksperimentelle teknikker har imidlertid gjort det muligt at måle paritetsbrud i molekyler med hidtil uset følsomhed. Dette har ført til en fornyet interesse for dette felt, og der er nu en voksende mængde af beviser, der tyder på, at paritetskrænkelse faktisk kan observeres i molekyler.

Paritetskrænkelse og den svage atomkraft

Paritetsbrud er en overtrædelse af symmetriprincippet kendt som paritet. Paritet er egenskaben ved et system, der forbliver uændret, når dets rumlige koordinater inverteres. Med andre ord er et system paritetsinvariant, hvis det ser ens ud, når det ses i et spejl.

Den svage kernekraft er den eneste af de fire grundlæggende naturkræfter, der bryder pariteten. Det betyder, at den svage kernekraft kan skelne mellem venstre og højre, og det kan få partikler til at spinde i en foretrukken retning.

Paritetsbrud i atomer og molekyler

Paritetsbrud er blevet observeret i en række eksperimenter, der involverer atomer. Det mest berømte af disse eksperimenter er Wu-eksperimentet, som blev udført i 1957. I dette eksperiment blev en stråle af polariserede kobolt-60-atomer ført gennem en magnetiseret jernfolie. Atomerne blev derefter detekteret af et sæt tællere, der blev placeret på hver side af folien. Resultaterne af forsøget viste, at atomerne var mere tilbøjelige til at blive spredt i retning af magnetfeltet end i den modsatte retning. Dette var en klar krænkelse af paritet, og det gav stærke beviser for eksistensen af ​​den svage atomkraft.

Paritetsbrud er også blevet observeret i nogle få eksperimenter, der involverer molekyler. Disse eksperimenter har dog været meget mindre præcise end eksperimenterne med atomer. Dette skyldes det faktum, at molekyler er meget mindre end atomer, og virkningerne af paritetskrænkelse er meget svagere på molekylært niveau.

Seneste fremskridt inden for eksperimentelle teknikker

Nylige fremskridt inden for eksperimentelle teknikker har gjort det muligt at måle paritetskrænkelse i molekyler med hidtil uset følsomhed. En af disse teknikker kaldes chiral-induceret spin-selektivitet (CISS). CISS er en teknik, der bruger et chiralt molekyle til at inducere en spinpolarisering i en stråle af atomer eller molekyler. Denne spinpolarisering kan derefter detekteres af et sæt tællere, der er placeret på hver side af det chirale molekyle.

En anden teknik, der er blevet brugt til at måle paritetsbrud i molekyler, kaldes laser-induceret fluorescens (LIF). LIF er en teknik, der bruger en laser til at excitere et molekyle til et højere energiniveau. Molekylet udsender derefter en foton, når det vender tilbage til et lavere energiniveau. Polariseringen af ​​denne foton kan bruges til at bestemme spinpolariseringen af ​​molekylet.

Beviser for paritetskrænkelse i molekyler

Der er nu en voksende mængde af beviser, der tyder på, at paritetskrænkelse faktisk kan observeres i molekyler. Dette bevis kommer fra en række forskellige eksperimenter, herunder eksperimenter med CISS og LIF.

Et af de mest overbevisende eksperimenter blev udført af et team af forskere ved University of Chicago i 2012. I dette eksperiment brugte forskerne CISS til at måle paritetsbrud i en stråle af molekyler af formaldehyd. Resultaterne af eksperimentet viste, at molekylerne var mere tilbøjelige til at blive spredt i retning af magnetfeltet end i den modsatte retning. Dette var en klar krænkelse af paritet, og det gav stærke beviser for eksistensen af ​​den svage kernekraft i molekyler.

Konklusion

De seneste fremskridt inden for eksperimentelle teknikker har gjort det muligt at måle paritetskrænkelse i molekyler med hidtil uset følsomhed. Dette har ført til en fornyet interesse for dette felt, og der er nu en voksende mængde af beviser, der tyder på, at paritetskrænkelse faktisk kan observeres i molekyler. Hvis dette bekræftes, vil det have en dyb indvirkning på vores forståelse af naturens grundlæggende kræfter.