A quinta força fundamental da natureza chamado hipercarga , pode opor-se à força da gravidade.
Essas interações foram propostas por físicos teóricos, mas ainda não foi visto.
Sua observação constitui a descoberta de uma "quinta força da natureza" (para além das quatro conhecidas forças fundamentais : a gravidade, fraca, forte e electromagnética) e sugerem a existência de novas partículas, para além daqueles aqui descrito pelo Modelo Padrão de física de partículas.
Esta figura ilustra o longo alcance interacção spin-spin (linhas onduladas azuis) no qual o detector de spin-sensível sobre a superfície da Terra interage com geoelectrons (pontos vermelhos) de profundidade no manto da Terra. As setas nos geoelectrons indicam suas orientações de spin, em frente a de linhas de campo magnético da Terra (arcos brancos). Ilustração: Marc Airhart (Universidade do Texas em Austin) e Steve Jacobsen (Northwestern University).
Os novos limites foram estabelecidos considerando-se a interação entre os spins dos férmions de laboratório (elétrons, nêutrons e prótons) e os spins dos elétrons dentro da Terra. Para fazer este estudo possível, os autores criaram o primeiro mapa global de polarização de elétrons dentro da Terra induzida pelo campo geomagnético do planeta.
Hunter, juntamente com o professor de física emérito Amherst Joel Gordon; postdoctoral Stephen Peck; aluno pesquisador Daniel Ang '15, e Jung-Fu "Afu" Lin, professor de geociências na UT Austin-co-autor de um artigo sobre o seu trabalho que aparece na edição desta semana da prestigiosa revista Ciência .
| A pesquisa altamente interdisciplinar baseia em geofísica, física atômica, física de partículas, física minerais, física do estado sólido e física nuclear para chegar a suas conclusões. O artigo descreve como a equipe combinou um modelo do interior da Terra com um mapa preciso do campo geomagnético do planeta para produzir um mapa da magnitude e direção do spin de elétrons através da Terra.Seu modelo foi baseado em parte em conhecimentos obtidos a partir de estudos de Lin de transições de spin nas altas temperaturas e pressões do interior da Terra. Cada partícula fundamental (de cada elétron de nêutrons, prótons e, para ser mais específico), explicou Hunter, tem a propriedade intrínseca atômica de "spin." Spin pode ser pensado como uma seta vetor que aponta um em uma direção particular. Como toda a matéria, a Terra e seu manto, uma espessa camada geológica imprensado entre a fina crosta exterior e do núcleo central, são feitas de átomos. |
Os átomos são formados por elétrons, de nêutrons e prótons que têm spin. Campo magnético da Terra faz com que alguns dos elétrons nos minerais do manto para se tornar um pouco spin-polarizados, ou seja, as direções nas quais o seu ponto de giros não são mais completamente aleatório, mas tem alguma orientação net.
Experiências anteriores, incluindo uma no laboratório de Hunter, exploraram se gira seus laboratórios preferem apontar para uma direção particular. "Nós sabemos, por exemplo, que um dipolo magnético tem uma energia mais baixa quando é orientado paralelamente ao campo geomagnético e se alinha com este especial sentido, que é como uma bússola funciona", explicou.
"Nossos experimentos removido esta interação magnética e olhou para ver se poderia haver alguma outra interação que iria orientar a nossa gira experimentais. Uma interpretação dessa interação "outro" é que poderia ser uma interação de longo alcance entre os spins em nosso aparelho, e os spins dos elétrons no interior da Terra, que foram alinhados pelo campo geomagnético. Este é o longo alcance de interação spin-spin estamos procurando. "
Até agora, nenhum experimento foi capaz de detectar qualquer interação. Mas no papel de Hunter, os pesquisadores descrevem como eles foram capazes de deduzir que esses chamados spin-spin forças, se existirem, devem ser incrivelmente fraco, tanto quanto um milhão de vezes mais fraca do que a atração gravitacional entre as partículas. A este nível, os experimentos podem restringir "a gravidade de torção", uma extensão proposta teórica da Teoria da Relatividade Geral.
Dada a alta sensibilidade do Hunter e sua equipe técnica usada, ela pode fornecer um caminho útil para futuros experimentos que vai refinar a busca de uma força quinto. Se um de longo alcance força spin-spin é encontrado, ele não só iria revolucionar a física de partículas, mas pode vir a proporcionar geofísicos com uma nova ferramenta que lhes permitisse estudar diretamente os elétrons spin-polarizados dentro da Terra.
"Se os de longo alcance spin-spin interações são descobertas em experimentos futuros, os geocientistas podem eventualmente utilizar essas informações de forma confiável entender a geoquímica e geofísica do interior do planeta", disse Lin.
Possíveis descobertas futuras de lado, Hunter disse que estava satisfeito que este projeto em particular lhe permitiu trabalhar com Lin. "Quando comecei a investigar transições de spin no manto, toda a literatura levou a ele", explicou.
"Fiquei muito feliz que ele estava interessado no projeto e disposto a assinar como um colaborador. Ele tem sido um bom professor e tem tido uma paciência enorme com a minha ignorância sobre geofísica. Foi uma colaboração muito frutuosa. "
"A coisa mais gratificante e surpreendente sobre este projeto foi perceber que a física de partículas realmente pode ser usado para estudar o interior da Terra", disse Lin.
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