เป็นเวลาที่ดีที่จะได้เป็นนักฟิสิกส์อนุภาค ในที่สุดอนุภาค Higgs Boson ที่เป็นที่ต้องการในที่สุดก็ถูกพบที่เครื่องเร่งความเร็วในเจนีวาและนักวิทยาศาสตร์กำลังร้อนแรงบนเส้นทางของจักรวาลชิ้นเล็ก ๆ อีกชิ้นนี้เชื่อมโยงกับพลังพื้นฐานใหม่ของธรรมชาติ
การทดลองที่ใช้โลกเป็นแหล่งของอิเล็กตรอนได้ จำกัด การค้นหาอนุภาคที่มีแรงหนุนใหม่โดยวางขีด จำกัด ที่เข้มงวดขึ้นว่าแรงที่มันมีขนาดใหญ่แค่ไหน
เป็นโบนัสเพิ่มเติมถ้าอนุภาคใหม่เป็นเรื่องจริงมันจะทำให้เข้าใจกระบวนการและโครงสร้างภายในโลกกล่าวว่านักวิจัยการศึกษาจากวิทยาลัยแอมเฮิร์สต์และมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน ผลการทดลองปรากฏในวารสารวิทยาศาสตร์ฉบับวันที่ 22 กุมภาพันธ์
พลังแห่งธรรมชาติใหม่นำเสนอสิ่งที่เรียกว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างสปินหมุนระยะยาว Larry Hunter ผู้เขียนนำนักฟิสิกส์ของ Amherst กล่าว การโต้ตอบสปินระยะสั้นเกิดขึ้นตลอดเวลา: แม่เหล็กติดกับตู้เย็นเพราะอิเล็กตรอนในแม่เหล็กและในด้านนอกเหล็กของตู้เย็นล้วนหมุนไปในทิศทางเดียวกัน แต่การโต้ตอบหมุนหมุนระยะยาวนั้นลึกลับกว่า -Wacky Physics: อนุภาคเล็ก ๆ ที่เจ๋งที่สุดในธรรมชาติ-
กำลังจะทำงานนอกเหนือจากกองกำลังพื้นฐานสี่ประการคุ้นเคยกับนักฟิสิกส์: แรงโน้มถ่วงแม่เหล็กไฟฟ้าและกองกำลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ นักฟิสิกส์บางคนคิดว่ากำลังใหม่นี้มีอยู่เพราะขยายไฟล์แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค-ทฤษฎีที่กำหนดฟิสิกส์ของอนุภาคที่เล็กที่สุด-จริง ๆ แล้วทำนายว่าเป็นอนุภาคที่ยังไม่ได้ค้นพบซึ่งจะดำเนินการ
unparticle
มีความเป็นไปได้สามประการที่มาจากแรงนี้ อย่างแรกคืออนุภาคที่เรียกว่า unparticle ซึ่งทำงานเหมือนโฟตอน (อนุภาคแสง) ในบางวิธีและเหมือนอนุภาคของสสารในผู้อื่น ประการที่สองคือหนึ่งที่เรียกว่า z '(ออกเสียง "z-prime") ซึ่งเป็นลูกพี่ลูกน้องที่เบากว่าของZ bosonที่มีกำลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ ทั้ง Unparticles และ Z เกิดขึ้นจากการขยายของทฤษฎีทางกายภาพปัจจุบัน และความเป็นไปได้ที่สามคือไม่มีอนุภาคใหม่เลย แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพมีองค์ประกอบบางอย่างที่มีผลต่อการหมุน
unparticle ได้รับการเสนอครั้งแรกในปี 2550 โดยนักฟิสิกส์ฮาร์วาร์ดฮาวเวิร์ดจอร์จี อนุภาคมีมวลที่แน่นอนเว้นแต่ว่าพวกเขาจะเป็นโฟตอนซึ่งไม่มีมวล มวลอิเล็กตรอนหรือโปรตอนไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ไม่ว่าจะมีแรงผลักดันเท่าใด - เปลี่ยนมวล (และพลังงานของมัน) และคุณเปลี่ยนชนิดของอนุภาค unparticles จะมีตัวแปรมวลพลังงาน
แม้ว่านักวิทยาศาสตร์ยังไม่พบอนุภาคใหม่ที่ผูกติดอยู่กับแรง แต่พวกเขาก็เห็นว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างสปินหมุนระยะยาวจะต้องมีขนาดเล็กลงโดยปัจจัย 1 ล้านกว่าการทดลองก่อนหน้านี้แสดงให้เห็น หากมีกำลังอยู่มันก็เล็กมากแรงโน้มถ่วงระหว่างสองอนุภาคเช่นอิเล็กตรอนและนิวตรอนนั้นแข็งแกร่งกว่าล้านเท่า
การโต้ตอบแบบสปินแม่เหล็กแบบปกติ, เป็นสื่อกลางโดยโฟตอนทำงานในระยะทางสั้น ๆ เท่านั้น ตัวอย่างเช่นแรงแม่เหล็กลดลงเป็นลูกบาศก์ผกผันของระยะทาง - ไปสองเท่าไกลออกไปและความแข็งแรงของแรงลดลงโดยปัจจัยแปด กองกำลังหมุนระยะยาวดูเหมือนจะไม่ลดลงทุกที่ใกล้มาก นักฟิสิกส์กำลังมองหาอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์แบบนี้มานานหลายปี แต่ไม่ได้เห็นพวกเขา การทดลองของแอมเฮิร์สต์ทำให้ข้อ จำกัด ที่เข้มงวดมากขึ้นว่าแรงนั้นแข็งแกร่งเพียงใดซึ่งทำให้นักฟิสิกส์มีความคิดที่ดีขึ้นว่าจะมองอย่างไร
อิเล็กตรอนของโลก
นักทฤษฎีรู้มาแล้วว่าพลังที่พวกเขากำลังมองหานั้นอ่อนแอและสามารถตรวจพบได้ในระยะทางไกลเท่านั้น ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงต้องการวิธีที่สร้างสรรค์ในการค้นหา พวกเขาจำเป็นต้องหาสถานที่ที่อิเล็กตรอนจำนวนมากถูกแออัดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างสัญญาณที่แข็งแกร่งขึ้น
“ อิเล็กตรอนมีช่วงเวลาที่ยิ่งใหญ่” ฮันเตอร์กล่าว "พวกเขาจัดแนวที่ดีขึ้นกับสนามแม่เหล็กของโลกดังนั้นพวกเขาจึงเป็นตัวเลือกที่ชัดเจน" สิ่งใดก็ตามที่สะบัดสปินของอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกับสนามแม่เหล็กของโลกจะเปลี่ยนพลังงานของสปินเหล่านั้นด้วยจำนวนเล็กน้อย -50 ข้อเท็จจริงที่น่าทึ่งเกี่ยวกับ Planet Earth-
ดังนั้นทีมแอมเฮิร์สต์และมหาวิทยาลัยเท็กซัสจึงตัดสินใจใช้อิเล็กตรอนที่อยู่ในเสื้อคลุมของโลกเพราะมีจำนวนมาก - ประมาณ 10^49 “ ผู้คนก่อนที่จะเตรียมตัวอย่างของนิวตรอนสปิน-โพลาไรซ์และเช่นนั้น” ฮันเตอร์กล่าว "แหล่งที่มาของพวกเขาอยู่ใกล้และควบคุมได้ แต่ฉันรู้ว่าด้วยแหล่งที่ใหญ่กว่าคุณจะได้รับความไวที่ดีขึ้น"
เหตุผลก็คือแม้ว่าจะมีเพียงหนึ่งใน 10 ล้านเมนเทิลอิเล็กตรอนจะจัดแนวสปินของพวกเขาให้เป็นสนามแม่เหล็กของโลกนั่นทิ้งไว้ 10^42 ของพวกเขา แม้ว่ามันจะเป็นไปไม่ได้ที่จะควบคุมพวกเขาในแบบที่จะอยู่ในห้องแล็บ แต่ก็มีหลายอย่างที่จะทำงานด้วย
แผนที่อิเล็กตรอน
นักวิทยาศาสตร์ทำแผนที่ทิศทางการหมุนและความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเป็นครั้งแรกในโลก แผนที่ขึ้นอยู่กับผลงานของ Jung-Fu Lin รองศาสตราจารย์ด้านธรณีศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสและผู้ร่วมเขียนบทความใหม่
เพื่อสร้างแผนที่พวกเขาใช้ความแข็งแรงและทิศทางที่รู้จักของสนามแม่เหล็กของโลกทุกที่ภายในเสื้อคลุมและเปลือกโลกของโลก พวกเขาใช้แผนที่เพื่อคำนวณว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้จะมีอิทธิพลมากเพียงใดในโลกที่มีต่อการทดลองที่ไวต่อการหมุนที่ทำในซีแอตเทิลและแอมเฮิร์สต์
ทีมแอมเฮิร์สต์ใช้สนามแม่เหล็กกับกลุ่มของอนุภาคย่อย- นิวตรอนในกรณีนี้ - และมองอย่างใกล้ชิดที่สปินของพวกเขา กลุ่มซีแอตเทิลมองไปที่อิเล็กตรอน
การเปลี่ยนแปลงพลังงานของสปินในการทดลองเหล่านี้ขึ้นอยู่กับทิศทางที่พวกเขาชี้ หมุนหมุนรอบสนามแม่เหล็กที่ใช้ด้วยความถี่ที่แตกต่างกัน หากอิเล็กตรอนในแมนเทิลกำลังส่งแรงบางอย่างที่ส่งผลกระทบต่อพวกเขามันควรจะแสดงให้เห็นว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงในความถี่ของอนุภาคในห้องปฏิบัติการ
นอกเหนือจากการ จำกัด การค้นหากองกำลังใหม่แล้วการทดลองยังชี้ไปที่อีกวิธีหนึ่งในการศึกษาการตกแต่งภายในของโลก ตอนนี้โมเดลของการตกแต่งภายในของโลกบางครั้งให้คำตอบที่ไม่สอดคล้องกันว่าทำไมคลื่นแผ่นดินไหวแพร่กระจายผ่านเสื้อคลุมในแบบที่พวกเขาทำ แรงที่ห้าจะเป็นวิธีที่จะ "อ่าน" อนุภาค subatomic ที่นั่น - และอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจความคลาดเคลื่อน นอกจากนี้ยังช่วยให้นักธรณีวิทยาเห็นว่าชนิดของเหล็กประเภทใดอยู่ที่นั่นและโครงสร้างจริงที่มี “ มันจะให้ข้อมูลกับเราที่เราส่วนใหญ่ไม่สามารถเข้าถึงได้” หลินกล่าว
หมายเหตุของบรรณาธิการ: บทความนี้ได้รับการปรับปรุงเพื่อแก้ไขนามสกุลของนักฟิสิกส์ Larry Hunter-
ติดตาม Livescience บน Twitter@livescience- เรายังอยู่ด้วยFacebook-Google+-
