Connect with us

Znanost

Fizika

Fizika čestica: istraživanje mogućnosti postojanja “pete prirodne sile”

Profesor fizike Larry Hunter i njegovi kolege s fakulteta Amherst Teksaškog Sveučilišta u Austinu postavili su nove granice u onome što znanstvenici nazivaju “spin-spin međudjelovanja na velikoj udaljenosti” između atomskih čestica, što predstavlja prekretnicu na polju fizike čestica.

spin-spin

spin-spin sila

Teorijski fizičari već neko vrijeme pretpostavljaju da postoje ova međudjelovanja, ali još uvijek njihove pretpostavke nisu potvrđene u praksi. Njihovo bi promatranje moglo postaviti temelj za otkriće “pete prirodne sile” (uz do sada četiri već poznate osnovne sile u prirodi: gravitaciju, slabu i jaku nuklearnu silu, te elektromagnetizam), a to bi vodilo do daljnjih pretpostavki o postojanju novih čestica, osim onih trenutno opisanih Standardnim modelom fizike čestica.

Nove granice ustanovljene su razmatranjem interakcije vrtnje laboratorijskih fermiona (elektrona, neutrona i protona) i vrtnje elektrona unutar Zemlje. Da bi ovo proučavanje bilo moguće, autori su napravili prvu opsežnu kartu polarizacije elektrona unutar Zemlje koju potiče geomagnetsko polje našeg planeta.

Hunter je koautor izvješća o ovom istraživanju, zajedno s fizičarem s Amhersta, počasnim profesorom Joelom Gordonom, svojim kolegom postdoktorandom Stephenom Peckom, studentom istraživačem Danielom Angom te Jung-Fu “Afu” Linom koji je pridruženi profesor geoznanosti na Sveučilištu Texas u Austinu. Njihov je članak objavljen u časopisu Science. To se visoko interdisciplinarno istraživanje, da bi došlo do svojih konačnih zaključaka, oslanja se na geofiziku, atomsku fiziku, fiziku čestica, fiziku minerala, fiziku čvrstog stanja, te nuklearnu fiziku.

Izvješće opisuje kako je njihov tim, kombinirajući model Zemljine unutrašnjosti s preciznom kartom geomagnetskog polja našeg planeta, izradio kartu snage i smjera vrtnje elektrona u unutrašnjosti Zemlje. Njihov se model zasniva, jednim svojim dijelom, na uvidima dobivenim Linovim proučavanjima tranzicije vrtnje elektrona pri visokim temperaturama i tlakovima koji vladaju u Zemljinoj unutrašnjosti.

Svaka osnovna čestica (ili preciznije, svaki elektron, neutron i proton), objasnio je Hunter, ima svoje osnovno unutarnje svojstvo “spina” (vrtnje). Taj spin možemo zamisliti kao neki vektor – strelicu koja pokazuje u određenom smjeru. Poput sve ostale materije, Zemlja i njen plašt – debeli geološki sloj stiješnjen između tanke vanjske kore i središnje jezgre – su sačinjeni od atoma. Ti atomi su i sami sačinjeni od elektrona, neutrona i protona koji imaju svoj spin. Zemljino magnetsko polje “tjera” neke elektrone u mineralima plašta da postanu polarizirani u pogledu njihovog spina, što znači da smjer u kojem su njihovi spinovi okrenuti nije više u potpunosti nasumičan, već ima neku vrstu povezane (umrežene) orijentacije.

Raniji pokusi, uključujući i onaj u Hunterovom laboratoriju, imali su za cilj istražiti da li njihovi laboratorijski spinovi imaju tendenciju okretanja u određenom smjeru. “Znamo, na primjer, da magnetski dipol (par jednakih, ali suprotnih naboja koji se nalaze na određenoj udaljenosti) ima manju energiju kad je usmjeren paralelno s geomagnetskim poljem i poravnava se s ovim određenim smjerom – to je inače i način na koji radi kompas”, objasnio je Hunter. “Naši su pokusi uklonili tu magnetsku interakciju i tražili smo dokaz neke eventualne druge interakcije koja bi mogla usmjeriti naše pokusne spinove. Jedno tumačenje ove “druge” interakcije je da bi ona mogla biti interakcija na velikoj udaljenosti između spinova u našim instrumentima i elektronskih spinova unutar Zemlje, koji su povezani s geomagnetskim poljem. To je ta spin-spin interakcija na velikoj udaljenosti koju mi tražimo.”

Do sada, ni jedan pokus nije uspio otkriti neku takvu interakciju. Ali u Hunterovom izvješću, istraživači opisuju kako su bili u mogućnosti zaključiti da te takozvane spin-spin sile, ako uopće postoje, moraju biti nevjerojatno slabe – otprilike milijun puta slabije nego gravitacijsko privlačenje među česticama. Na ovoj razini, pokus može ograničiti “izvrnutu gravitaciju” — teoretski nastavak koji pretpostavlja Einsteinova Opća teorija relativnosti. S obzirom na visoku osjetljivost tehnologije koju su Hunter i njegov tim koristili, to bi nam moglo dati jako korisne smjernice za buduće pokuse koji bi mogli poboljšati potragu za nekom takvom vrstom “pete sile”. Ako se ta dalekometna spin-spin sila otkrije, ne samo da bi to pokrenulo revoluciju u fizici čestica, već bi u konačnici to otkriće moglo dati geofizičarima sasvim novo oruđe koje bi im omogućilo izravno proučavanje elektrona polariziranog spina unutar Zemlje.

“Ako se spin-spin interakcije na velikoj udaljenosti otkriju u budućim pokusima, geoznanstvenici će možda koristiti te informacije za pouzdano razumijevanje geokemije i geofizike unutrašnjosti našega planeta”, rekao je Lin.

Čak i ako zanemarimo moguća buduća otkrića, Hunter je rekao da je zadovoljan samom činjenicom da mu je ovaj projekt omogućio suradnju s Linom. “Kada sam počeo istraživati prijenos spina u plaštu, sva literatura koju sam koristio upućivala je na njega”, objasnio je Hunter. “Bio sam oduševljen zato što se on zanima za projekt i što je spreman potpisati se kao suradnik u njemu. On se pokazao kao dobar učitelj i imao je ogromno strpljenje prema mojemu nepoznavanju geofizike. To je bila jako plodna suradnja.”

Lin je imao svoj vlastiti pogled na suradnju: “Najbolja nagrada i stvar koja me je najviše iznenadila u ovome projektu je shvaćanje da se fizika čestica, u stvari, može koristiti za proučavanje duboke unutrašnjosti Zemlje.”

Izvor : Amherst College

Nastavi čitati
Advertisement
Ostavi komentar

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Više u Fizika

Popularno

Advertisement

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh