Badania prowadzone w warunkach laboratoryjnych doprowadziły do znaczącego postępu w tzw. polarymetrii wiązki elektronów. Jak przekonują sami zainteresowani, ich dokonania zapewniają znacznie lepszy niż dotychczas wgląd w zachowanie elektronów. O kulisach zorganizowanych badań, a także potencjalnych korzyściach z nich wynikających, możemy przeczytać na łamach Physical Review.
Czytaj też: Naukowcy odkryli dwa nowe izotopy, ale to nie sztuka dla sztuki. Fizyka jądrowa do poprawki?
Dlaczego powinniśmy zainteresować się dokonaniami naukowców zza oceanu? Choćby ze względu na fakt, iż nikt przedtem nie zmierzył polaryzacji wiązki elektronów z precyzją, jaką osiągnęli autorzy ostatnich badań. Istotną rolę w całym przedsięwzięciu odegrała tzw. polarymetria Comptona, czyli metoda polegająca na wykrywaniu fotonów odbitych od naładowanych cząstek pokroju elektronów. Gdy dochodzi do zderzenia światła laserowego z wiązką elektronów, badacze zyskują możliwość obserwacji interakcji fotonów.
Te ostatnie, podobnie jak elektrony, posiadają spin, czyli coś w rodzaju obrotu. Gdy ten zachodzi w przypadku elektronów i fotonów w sposób synchroniczny, pojawia się polaryzacja, będąca kluczową właściwością w kontekście poznawania tajemnic wszechświata związanych z wypełniającą go materią. Wykorzystując wiązkę lasera pozwala określić spin w sposób ilościowy, co jest bardzo przydatne w kontekście ostatnich badań.
Dzięki dobrodziejstwom polarymetrii Comptona, naukowcy byli w stanie dokonać pomiaru polaryzacji wiązki elektronów z rekordowo wysoką precyzją
Ich autorzy przeanalizowali jądra ciężkich atomów, takich jak ołów-208 i atomów o średniej masie, takich jak wapń-48. Wszystko po to, by opisać rozkład protonów i neutronów, co zresztą się udało. W przypadku ołowiu-208 okazało się, iż posiada on grubą powłokę neutronową, natomiast w odniesieniu do wapnia-48 okazała się ona cienka. Pokrywało się to z dotychczasowymi przewidywaniami, mającymi teoretyczny charakter.
Dzięki dobrodziejstwom polarymetrii Comptona, naukowcy byli w stanie wykonać pomiar polaryzacji wiązki elektronów. Dokonali tego z precyzją wynoszącą 0,36 procent, co stanowi najlepszy w historii wynik. Wyciągnięte w takich okolicznościach wnioski będą teraz miały ważne implikacje dla wielu różnych przedsięwzięć. Na przykład w ramach projektu MOLLER naukowcy chcieliby wystawić Model Standardowy na próbę i zamierzają tego dokonać poprzez pomiar słabego ładunku elektronów.
Czytaj też: Stan skupienia materii, jakiego jeszcze nie widzieli. Naukowcy zademonstrowali go w procesorze kwantowym
Jeśli chodzi o bardziej długofalowe plany, to z pewnością warto zwrócić uwagę na planowany zderzacz elektronowo-jonowy w Brookhaven National Laboratory, który do działania będzie potrzebował wysoce precyzyjnej polarymetrii. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, naukowcy będą tam poznawali sekrety sił wiążących protony i jądra atomowe. Konsekwencje ostatnich postępów będą więc naprawdę szeroko zakrojone.