Una costante fisica, che è di grande importanza per la ricerca di base, ora è stato rimisurato, con una precisione molto più alta che mai.

Ci sono alcuni valori numerici che definiscono le proprietà di base del nostro universo. Sono proprio come sono, e nessuno sa dire perché. Questi includono, Per esempio, il valore della velocità della luce, la massa dell'elettrone, o le costanti di accoppiamento che definiscono la forza delle forze della natura.

Una di queste costanti di accoppiamento, la "costante di accoppiamento del vettore assiale debole" (abbreviato in gA), è stato ora misurato con altissima precisione. Questa costante è necessaria per spiegare la fusione nucleare nel sole, per capire la formazione degli elementi poco dopo il Big Bang, o per comprendere importanti esperimenti di fisica delle particelle. Con l'aiuto di sofisticati esperimenti sui neutroni, il valore della costante di accoppiamento gA è stato ora determinato con una precisione dello 0,04% Il risultato è stato ora pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Quando le particelle cambiano

Ci sono quattro forze fondamentali nel nostro universo:l'elettromagnetismo, forza nucleare forte e debole, e gravità. "Per calcolare queste forze, dobbiamo conoscere alcuni parametri che determinano la loro forza, e specialmente nel caso di interazione debole, è una cosa complicata, " afferma il prof. Hartmut Abele dell'Istituto di fisica atomica e subatomica della TU Wien (Vienna). L'interazione debole gioca un ruolo cruciale quando alcune particelle vengono trasformate in altre, ad esempio, quando due protoni si fondono in un nucleo nel sole e uno di essi diventa un neutrone. Per analizzare tali processi, deve essere nota la "costante di accoppiamento vettoriale assiale debole" gA.

Ci sono stati diversi tentativi di misurare gA. "Per alcuni di loro, però, erano necessarie correzioni sistematiche. I principali fattori di disturbo possono modificare il risultato fino al 30 percento, "dice Hartmut Abele.

Un diverso principio di misurazione chiamato PERKEO è stato sviluppato negli anni '80 a Heidelberg dal Prof. Dirk Dubbers. Hartmut Abele è stato coinvolto nel lavoro sui rivelatori PERKEO per molti anni, lui stesso ha sviluppato "PERKEO 2" come parte della sua tesi. Collabora con il suo ex allievo Prof. Bastian Märkisch della TU Munich e Torsten Soldner dell'Institut Laue-Langevin di Grenoble per migliorare significativamente la misurazione. Con "PERKEO 3, " nuove misurazioni sono state effettuate a Grenoble, superando di gran lunga tutti i precedenti esperimenti in termini di precisione.

Il rivelatore PEREKO analizza neutroni, che decadono in protoni ed emettono un neutrino e un elettrone. "Questa emissione di elettroni non è perfettamente simmetrica, " spiega Hartmut Abele. "Da un lato, vengono emessi alcuni elettroni in più rispetto all'altro, che dipende dalla direzione di spin del neutrone." Il rivelatore PERKEO utilizza forti campi magnetici per raccogliere gli elettroni in entrambe le direzioni e poi li conta. Dalla forza dell'asimmetria, cioè la differenza nel numero di elettroni nelle due direzioni, si può quindi dedurre direttamente il valore della costante di accoppiamento gA.

Dal Big Bang al CERN

In molte aree della fisica moderna, è molto importante conoscere il valore preciso della costante di accoppiamento gA:Circa un secondo dopo il big bang, iniziò la "nucleosintesi primordiale", formando i primi elementi. Il rapporto degli elementi creati in quel momento dipende (tra l'altro) da gA. Questi primi secondi di nucleosintesi determinano la composizione chimica dell'universo oggi. Anche, il grande mistero del rapporto tra materia oscura e materia ordinaria è legato a questa costante di accoppiamento. Scorso, ma non meno importante, è fondamentale per aumentare la precisione degli esperimenti su larga scala, come le collisioni di particelle al CERN.