Los rayos de neutrones pueden ayudar a desentrañar la «quinta fuerza» de la naturaleza, dicen los científicos

El disparo de haces de neutrones sobre muestras de silicio podría llevarnos a una «quinta fuerza» desconocida e inaccesible en la naturaleza, según los investigadores.

Usando una técnica llamada: interferometría de PendellösungUn equipo de físicos dirigido por Benjamin Hickok del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología utilizó haces de neutrones para estudiar la estructura cristalina del silicio con la mayor precisión jamás obtenida, con resultados más detallados que las técnicas de rayos X.

Esto reveló propiedades previamente desconocidas en el silicio, que es un material poderoso para la tecnología. Información más detallada sobre las propiedades de los neutrones. և Poner posibles restricciones a la quinta fuerza, si existe.

«Aunque el silicio es omnipresente, todavía estamos aprendiendo sobre sus propiedades básicas». dice el físico Albert Young Universidad Estatal de Carolina del Norte.

“El neutrón, debido a que no tiene carga, es excelente para su uso como investigador, porque no tiene una interacción fuerte con los electrones dentro del material. Los rayos X tienen algunos inconvenientes para medir las fuerzas atómicas dentro de un material debido a su interacción con los electrones. «

Los neutrones que se encuentran en los núcleos atómicos se liberan durante la fisión nuclear. Pueden enfocarse en rayos que penetran materiales desde profundidades mucho más profundas que las que se pueden lograr con los rayos X, dispersos por núcleos atómicos en lugar de electrones atómicos, lo que significa que pueden usarse para estudiar materiales que completen las mediciones de rayos X.

«Una de las razones más sensibles de nuestras mediciones es que los neutrones penetran mucho más profundamente en el cristal que los rayos X, una pulgada o más, midiendo así una masa mucho mayor de núcleos». dice el físico Michael Huber NIST.

“Hemos encontrado evidencia de que los núcleos y los electrones no pueden vibrar tan sólidamente como se supone normalmente. «Cambia la forma en que pensamos acerca de cómo los átomos de silicio interactúan entre sí dentro de una red cristalina».

Para hacer esto, el haz de partículas se dirige al material. A medida que el rayo penetra en el material, los neutrones rebotan en la red estructural de átomos.

En un cristal de silicio perfecto, las láminas de átomos reticulados están dispuestas en planos que se repiten en el espacio: orientación. A medida que el rayo de Planes salta más allá de estos planos, los neutrones pueden desviarse en sus trayectorias a través de la red, creando patrones de interferencia débil llamados oscilaciones colgantes que revelan las propiedades estructurales del cristal.

«Imagina dos guitarras idénticas». Huber dijo.

“Retírelos de la misma manera. Cuando los cables vibren, conduzca uno a una velocidad, es decir, a lo largo de los planos de los átomos reticulares, y el otro a la misma longitud sin velocidades, como si se moviera entre planos reticulares.

«La comparación de los sonidos de dos guitarras nos dice algo sobre las fluctuaciones de velocidad. ¿Qué tan grandes son, qué tan planas son? ¿Tienen características interesantes? «

Esta técnica permitió una nueva medición del radio de carga de neutrones. Aunque los neutrones tienen carga neutra, las tres partículas de quark en su interior no lo están. El quark superior tiene una carga de +2/3, cada uno de los dos quarks inferiores tiene una carga de -1/3, lo que significa que generalmente se cancelan entre sí.

Pero la carga dentro del neutrón no se distribuye uniformemente. La carga positiva se concentra en el centro y la negativa, alrededor de los bordes. La distancia entre los dos se llama radio de carga.

La interferometría de Pendellösung no está sujeta a factores que hayan causado discrepancias entre mediciones anteriores utilizando diferentes técnicas, lo que significa que el equipo dice que su resultado puede ser la clave para reducir el tamaño de este radio.

La técnica también puede proporcionar más limitaciones en la corta distancia teórica aún no descubierta. En la naturaleza, por: Modelo estandar: Hay tres fuerzas en física: fuerte, débil y electromagnética. Se supone que la gravedad, que no está incluida en el modelo estándar, es la cuarta fuerza.

Sin embargo, para transformar Hamlet en el cielo և Hay casi más en la Tierra de lo que hemos descrito և Algunos físicos han sugerido que hay una quinta fuerza desconocida que puede explicar las observaciones anómalas. Si existe, puede tener un portador de fuerza, al igual que los fotones portan una fuerza de fuerza electromagnética.

La escala de longitud sobre la que puede actuar un portador de fuerza es inversamente proporcional a su masa. Un fotón que no tiene masa tiene un rango ilimitado. La interferometría de Pendellösung puede limitar el rango del quinto portador de fuerza, lo que a su vez puede limitar su fuerza.

Los resultados del equipo han aumentado diez veces el rango del portador de la quinta fuerza, lo que significa que las búsquedas futuras de la quinta fuerza tienen un rango más pequeño para observar.

«Lo más importante en este trabajo no es solo la precisión. Podemos hacer algunas observaciones en el cristal, pero podemos hacerlo no con grandes divisores, sino sobre la mesa «. Young dijo.

«Estas pequeñas y precisas medidas pueden hacer avanzar algunos de los problemas más difíciles de la física básica».

El estudio fue publicado Ciencias:.