Sử dụng một kĩ thuật độc đáo, nhóm hợp tác Q-weak đã tìm thấy giá trị của lực yếu khớp với lí thuyết dự đoán.
Phân tích sơ bộ dữ liệu của họ, nhóm hợp tác Q-weak tại Phòng thí nghiệm Jefferson ở Virgia, Mĩ, đã xác định được giá trị của tích yếu khớp với lí thuyết dự đoán.
Mặc dù lực yếu, một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên, mạnh hơn lực hấp dẫn, nhưng sở dĩ nó có tên gọi như thế là bởi vì nó chỉ tác dụng hiệu quả ở những khoảng cách cực ngắn. Nếu hai hạt ở cách nhau 0,000000000000001 mm, thì chúng chịu tác dụng của lực yếu. Lớn hơn khoảng cách đó, thì cường độ lực yếu giảm nhanh.
Lực yếu là động lực chính chi phối sự phân hủy phóng xạ và là nguyên nhân các ngôi sao tỏa sáng. Bên trong những ngôi sao giống như mặt trời của chúng ta, các proton và neutron hợp nhất tạo thành deuterium. Các ngôi sao giải phóng năng lượng thừa từ phản ứng này thông qua lực yếu ở dạng nhiệt.
Nghiên cứu này mang lại số đo đầu tiên của tích yếu bên trong proton.
Thiết bị thí nghiệm tại Jefferson Lab được dùng để xác định tích yếu của proton.
Những thí nghiệm trước đây đã khảo sát lực yếu ở những hạt đơn giản hơn, ví dụ như electron. Không giống như hạt electron nhỏ được xem như chất điểm, proton có cấu tạo từ ba hạt nhỏ hơn gọi là quark, khiến cho thí nghiệm phức tạp thêm.
Nếu giá trị của tích yếu khác đi – cho dù chỉ khác một lượng hết sức nhỏ - với cái được trông đợi, thì nó có thể là bằng chứng của những hạt chưa được khám phá đang ảnh hưởng đến các kết quả. Hoặc có lẽ nó có thể hướng các nhà vật lí đến chỗ tìm hiểu tất cả các lực cơ bản của tự nhiên dưới dạng một lực duy nhất trong một “lí thuyết thống nhất lớn”.
“Độc giả nên xem những kết quả ban đầu mang tính sơ bộ này là xác định đầu tiên của tích yếu của proton,” phát ngôn viên của nhóm Q-weak, Roger Carlini, phát biểu trong một buổi họp báo tại Jefferson. “Với độ chính xác cao hơn nữa, công bố cuối cùng của chúng tôi sẽ tập trung vào những hàm ý hướng tới nền vật lí mới có thể có.”
Trong thí nghiệm Q-weak tại Jefferson Lab, các nhà nghiên cứu đã dùng một chùm electron có spin sắp thẳng hàng với nhau bắn vào hydrogen lỏng – về cơ bản đó là một thùng chứa proton. Đội khoa học đã đo tốc độ những electron này bị tán xạ ở những góc nhỏ, và sau đó so sánh với một phép đo được thực hiện với chiều spin của các electron đảo ngược lại. (Trong ảnh ở trên là bố trí thí nghiệm của họ.)
Trong một phân tích ban đầu của một phần trăm nhỏ của dữ liệu thực nghiệm của nhóm, đội nghiên cứu tìm thấy tích yếu của proton khớp với cái đã được lí thuyết dự đoán.
Carlini cho biết thí nghiệm của họ rất khó và chỉ thực hiện được bởi chùm electron phân cực được điều khiển tinh vi và hệ thống dò tìm được thiết kế khéo léo tại Phòng thí nghiệm Jefferson.
Hiện nay, theo Carlini, nhóm của ông đang và sẽ phân tích toàn vẹn cơ sở dữ liệu. Vì phân tích ban đầu này mới chỉ sử dụng 4% dữ liệu thực nghiệm của nhóm, nên phân tích cuối cùng có thể vẫn làm lộ ra cái gì đó hơi khác.
Bản thảo bài báo phân tích sơ bộ của họ có tại http://arxiv.org/abs/1307.5275.
Nguồn: Kelen Tuttle (Symmetry Magazine)
