پژوهش‌گران به تازه‌گی روشی را برای آشکارسازی بارهای ضعیف که تحت تاثیر نیروی ضعیف قرار می‌گیرند یافته‌اند. آنها با استفاده  از روشی که مبتنی بر پراکندگی الکترون‌ها از پروتون‌هاست، توانسته‌اند بار ضعیف پروتون را اندازه‌گیری کنند.

همان‌طورکه بارالکتریکی پاسخ یک ذره به میدان الکترومغناطیسی را مشخص می‌کند، بارِ به اصطلاح ضعیف نیز اثر نیروی ضعیف بر روی ذره را نشان می‌دهد. چون نیروی ضعیف، نیروی نسبتا کوچکی است، اندازه‌گیری بارهای ضعیف کار ساده‌ای نیست. هم اکنون گروه Q_weak برای اولین بار، بار ضعیف پروتون را در Physical Review Letters گزارش داده‌اند. این اندازه‌گیری که تنها بر اساس 4% از داده‌های در دسترس آنهاست، به خوبی در توافق با پیش‌بینی‌های نظری است. اگرچه، تحلیل‌های بیشتر می‌تواند به طور بالقوه اختلافی را نشان دهد که ممکن است شاهدی برای وجود یک فیزیک جدید باشد.

نیروی ضعیف، نقش مهمی را در واپاشی‌های هسته‌ای ایفا می‌کند، اما برای اندازه‌گیری بار ضعیف، محققان به واکنشی نیاز دارند که در آن نیروی ضعیف بتواند قابل قیاس با نیروی شناخته شده دیگری باشد. نوعا، روش انتخاب این نیرو، پراکندگی الکترون‌ها از یک هدف اتمی یا یک هسته است. بیشتر نیروی وارد بر الکترون از نوع الکترومغناطیس است، اما بخش اندکی از آن (در حدود یک میلیونیوم) توسط نیروی ضعیف فراهم می‌شود. آزمایشات دیگری در گذشته، با اندازه‌گیری نسبت سهم‌ نیروی ضعیف به نیروی الکترومغناطیس، بار ضعیف هسته سزیوم و الکترون را بدست آورد‌ند.

گروه Q_weak(دی. اندرویک (D.Androic) و همکارانش) بار ضعیف پروتون را با استفاده از باریکه‌های الکترونی که از نظر اسپینی قطبیده شده‌‌اند، در آزمایشگاه جفرسون در ویرجینیا اندازه‌گیری کردند. در این آزمایش، باریکه به هدف کوچکی از هیدروژن مایع تابیده می‌شود، که پروتون‌های آن الکترون‌ها را به سمت هشت آشکارساز که به طور متقارن قرار گرفته‌اند پراکنده می‌شود. محققان برای مشخص کردن سهم نیروی ضعیف به دنبال اختلاف تعداد رویدادها با توجه به تغییر قطبش اسپینی الکترون بودند. وجود چنین اختلافی از این جهت انتظار می‌رود که چون برهم‌کنش ضعیف، برخلاف دیگر نیروی بنیادین، پاریته را نقض می‌کند. ماهیت این نقض پاریته از این روست که یک الکترون راست‌گرد، که اسپین‌اش در راستای حرکت‌اش جهت‌گیری کرده، نسبت به یک الکترون چپ‌گرد که اسپین و تکانه‌اش در دو جهت مخالف هستند، تمایل کمتری برای پراکنده شدن از پروتون‌ها دارد.

گروه Q_weak  همچنین نقض پاریته را در سطح 280 میلیاردیوم اندازه‌گیری کردند، که دلالت بر این موضوع دارد که بار پروتون برابر با 0.064 است، که در توافق با پیش‌بینی‌هایی که بر اساس مدل استاندارد ارائه شده می‌باشد.

منبع: The Weaker Side of the Proton

مرجع‌: (Phys. Rev. Lett. 111, 141803 (2013