Fizicienii cercetează adâncul Pământului pentru o a cincea forță fundamentală

Spinul electronilor poate da naștere la o forță care permite particulelor să interacționeze pe distanțe foarte mari.

În general, oamenii tind să folosească expresia „forța naturii” în mod liber, ca în „ea este o forță reală a naturii”. Dar fizicienii sunt mai pretențioși – își rezervă expresia doar pentru patru separate, universale forțele pe care le numesc „forțe fundamentale”: gravitația, electromagnetismul și forțele nucleare puternice și slabe, care țin nucleul împreună și sunt implicate în dezintegrarea radioactivă, respectiv.

Asta nu înseamnă că fizicienii exclud posibilitatea existenței altor forțe. Deoarece modelele pe care le au pentru a explica totul sunt incomplete, există șanse destul de mari să existe altceva acolo, destrăgând materia sau împingând-o împreună într-un mod diferit decât toate forțele identificate până acum.

O echipă de fizicieni de la Colegiul Amherst și la Universitatea din Texas caută o cincime potențială forță – una care ar putea apărea din spinul electronilor care interacționează cu spinurile altor subatomi particule. Experimentăm efectele pe rază scurtă de acțiune ale spinului electronului de fiecare dată când punem doi magneți împreună - rezultatul faptului că fierul conține electroni care se aliniază unul cu celălalt, dar oamenii de știință cred că spin-ul particulelor le poate determina să interacționeze pe distanțe foarte mari, de asemenea.

Problema este că, chiar dacă această forță cu rază lungă de acțiune, numită „forță rotație-rotire”, există, este incredibil de slabă și, prin urmare, extrem de dificil de detectat. Larry Hunter, om de știință șef al echipei Amherst, calculează că forța spin-spin pe rază lungă trebuie să fie de cel puțin un milion de ori mai slabă decât atracția gravitațională dintre un neutron și un electron. Deoarece gravitația este cea mai evidentă forță din viața noastră, pare a fi una puternică, dar la scara particulelor subatomice individuale, este aproape complet nesemnificativă (forța electrostatică dintre doi electroni este de un milion de trilioane de trilioane de trilioane de ori mai puternică decât gravitațională). atracţie).

Dar echipa lui Hunter a venit cu o modalitate inteligentă de a aborda dificultatea: în loc să încerce să detecteze forța incredibil de slabă care acționează între două particule, ele urmăresc să detecteze forța netă a tuturor electronilor care se rotesc blocați în atomii de fier din adâncul Pământului. interior.

Deoarece electronii din fier tind să se alinieze cu câmpul magnetic, Hunter și-a dat seama că ar putea fi posibil să se estimeze spinul net. din toți atomii de fier din manta – stratul gros dintre scoarța și miezul Pământului care formează cea mai mare parte a volumului planetei noastre.

Hunter a lucrat cu un geofizician, Jung-Fu Lin de la Universitatea Texas din Austin, pentru a calcula puterea a câmpului magnetic din diferite regiuni din interiorul Pământului și a spinului net al electronilor de-a lungul manta. Cercetătorii și-au dat seama că ar putea folosi cariera de atomi de fier a planetei pentru a crește forța de rotație pe distanță lungă a neutronilor din laboratorul lui Hunter cu mai mult de un cvadrilion de ori.

Totuși, există o mulțime de provocări: camera de testare care conține atomii de mercur gazos pe care o studiază echipa trebuie să fie complet izolată de toate interferențele provenite de la cele patru forțe fundamentale cunoscute și instrumentele pe care le folosește echipa pentru a detecta modificările gazului trebuie să fie perfect calibrate. „Este un pic ca și cum te-ai juca la cârtiță”, glumește Hunter. „Remediați o problemă și apoi apare alta.”

Hunter crede că el și echipa sa pot crește sensibilitatea configurației lor cu cel puțin câteva ordine de mărime. Dacă această creștere va fi suficientă pentru ca fizicienii să facă o detecție...dacă această forță există cu adevărat – rămâne de văzut.

Ultima postare pe blog

Misiunea Juno va privi sub norii lui Jupiter în iulie
August 22, 2023

În această vară, vom privi cea mai atentă planetă din sistemul solar. În mitologia romană, se spune că lascivul zeu Jupiter și-a tras un văl de no...

Crede-mă, sunt un robot
August 23, 2023

Problema: androizii de la Hollywood sunt aspiranți umani disfuncționali. Cercetătorii adevărați în inteligență artificială creează altceva. Iată c...

Galeria de arhivă: Știința populară joacă farse
August 23, 2023

Când oamenii de știință iau o pauză de la studiu, cercetare sau inventare pentru a concepe o glumă practică, miza este foarte mare, uneori la propr...