Исследователи из Лаборатории Джефферсона в результате эксперимента Q-weak впервые определили слабый заряд протона. Кроме того, физики исследовали информацию о слабом заряде нейтрона, а также верхнего и нижнего кварков.
Эксперимент Q-weak направлен на исследование слабого взаимодействия элементарных частиц – одного из четырех фундаментальных взаимодействий. Не считая гравитационного, три из этих взаимодействий (сильное, слабое, электромагнитное) описывает теория так называемой Стандартной модели.
Несмотря на то, что слабое взаимодействие проявляется только на субатомном уровне, его эффекты можно наблюдать каждый день (скажем, при ядерных реакциях в звёздах).
Ранее исследователи Лаборатории Джефферсона предлагали провести эксперимент, чтобы напрямую измерить слабый заряд протона, иными словами, определить мощность взаимодействия с другими элементарными частицами через слабое взаимодействие. В рамках Стандартной модели эти данные теоретически были получены. Чтобы проверить данную схему на практике ученые провели эксперимент Q-weak. Они направили продольно поляризованный интенсивный пучок электронов на емкость с жидким водородом. В результате скользящих столкновений с протонами, электроны перенаправлялись мощными электромагнитами на симметрично расположенные детектры. Между тем слабое взаимодействие проявлялось не так сильно, как электромагнетизм. Изучив все это, физики обратили внимание на важную разницу между этими силами: слабое взаимодействие нарушает пространственную чётность, а электромагнитное – нет.
Ученые сохранили все параметры эксперимента, за исключением поляризации пучка электронов. Изменив её, удалось определить разницу между измерениями двух направлений поляризации, а также выявить эффекты, производимые лишь слабым взаимодействием.
Таким образом, в результате эксперимента Q-weak выяснилось, что практические данные о слабом заряде протона соответствуют теоретическим. Несмотря на то, что данные вычисления были сделаны на основе анализа всего 4% всех данных, на сегодня они являются самыми точными.
