Messura de la força feble entre protons i neutrons.

Un equip de científics, per primera vegada ha mesurat  la interacció feble i elusiva entre protons i neutrons en el nucli d'un àtom. 

Havien triat el nucli més simple que consistia en un neutró i un protó per a l'estudi.

Mitjançant un experiment únic de neutrons al Laboratori Nacional d'Oak Ridge del Departament d'Energia,  físics van resoldre la força feble que hi ha entre les partícules del nucli de l'àtom, prevista en el model estàndard que descriu les partícules elementals i les seves interaccions.

El seu resultat és sensible als aspectes subtils de la força forta entre les partícules nuclears, que encara no te una clara comprensió.

L'observació de l'equip, descrita en el Physical Review Letters, culmina les dècades de treball realitzades amb un aparell conegut com NPDGamma. La primera fase de l'experiment es va dur a terme al Laboratori Nacional Los Álamos. Basant-se en els coneixements obtinguts a LANL, l'equip va traslladar el projecte a ORNL per aprofitar l'alta intensitat de feix de neutrons  produïda a la Font de Neutrons de Spallation del laboratori.

Font: Newman.news

Els protons i els neutrons estan formats per partícules més petites anomenades quarks que estan unides per la forta interacció, que és una de les quatre forces de la naturalesa conegudes: força forta, electromagnetisme, força feble i gravetat. La força feble existeix en la  curta distància interior entre els protons i els neutrons; la forta, és una interacció que confina els quarks en neutrons i protons.

La força feble també connecta el gir axial i la direcció del moviment de les partícules nuclears, que revela aspectes subtils de com els quarks es mouen dins dels protons i els neutrons.

L'objectiu de l'experiment, era aïllar i mesurar un component d'aquesta feble interacció, que es va manifestar com a raigs gamma i que es podrien comptar i verificar amb una alta precisió estadística.

El NPDGamma Experiment, el primer que es va dur a terme a la Fundamental Neutron Physics Beamline al SNS, va canalitzar els neutrons freds cap a un objectiu d'hidrogen líquid. L'aparell va ser dissenyat per controlar la direcció d'espín dels neutrons que es movien lentament, "llençant-los" des de la spin-up fins a les posicions de spin-down. Quan els neutrons manipulats es van endinsar, interactuaren amb els protons dins dels àtoms d'hidrogen líquid, enviant els raigs gamma que es van mesurar mitjançant sensors especials.

Font: Wikimedia

Després d'analitzar  raigs gamma, els científics van trobar una asimetria  de paritat, que és un canvi específic de comportament en la força entre un neutró i un protó. Si es conservés la paritat,  resultaria en un nombre igual de gammes que emeten com a emissor.

Però, de fet, es va observat que hi ha menys raigs gammes  que més, el que condueix a aïllar i mesurar amb èxit un component mirall-asimètric de la força feble.

Els científics van executar l'experiment diverses vegades durant dues dècades, comptant i caracteritzant els raigs gamma i recopilant dades d'aquests esdeveniments basats en la direcció del spin de neutrons i altres factors.

Hi ha una teoria per a la força feble entre els quarks dins del protó i el neutró, però la forma en què la força forta entre els quarks es tradueix en la força entre el protó i el neutró no s'entén completament,

Es va comparar la mesura de la força feble en relació amb la força forta com una mena de traçador, similar a un traçador de biologia que revela un procés d'interès en un sistema sense molestar-lo.

La interacció feble, permet revelar algunes característiques úniques de la dinàmica dels quarks dins del nucli d'un àtom.

Font: Laboratori Nacional Oak Ridge