Gli scienziati hanno acquisito nuove conoscenze sulla forza nucleare debole da studi dettagliati sui decadimenti beta dei nuclei "specchio" litio-8 e boro-8. I nuclei specchio sono atomi con numero invertito di protoni e neutroni. Ad esempio, il litio-8 ha tre protoni e cinque neutroni, mentre il boro-8 ha cinque protoni e tre neutroni.

Gli scienziati hanno eseguito una nuova e più sensibile misurazione delle proprietà del decadimento beta per cercare una caratteristica teorizzata della forza nucleare debole non attualmente inclusa nel Modello Standard. La forza nucleare debole guida il processo di decadimento beta del nucleo. Nel decadimento beta, un protone o un neutrone in un nucleo emette una particella beta (un elettrone o la sua antiparticella, un positrone) e un neutrino.

Le proprietà dei decadimenti beta dei nuclei specchio radioattivi litio-8 e boro-8 sono in perfetto accordo con le previsioni del Modello Standard. Questo sforzo combina metodi sperimentali e teorici all'avanguardia e apre la strada a futuri progressi nello studio della forza nucleare debole.

Un team di scienziati nucleari del Lawrence Livermore National Laboratory, dell’Argonne National Laboratory e della Louisiana State University ha misurato con precisione le proprietà di decadimento beta dei nuclei “specchio” litio-8 e boro-8 per comprendere meglio la forza nucleare debole. I nuclei specchio hanno lo stesso numero totale di protoni e neutroni, ma i numeri di ciascuna particella sono invertiti. I risultati sono pubblicati sulla rivista Physical Review Letters .

I nuclei specchio offrono l'opportunità di studiare la forza nucleare debole con maggiore sensibilità. La firma prevista di molti dei nuovi effetti ricercati darebbe luogo a contributi opposti nei due diversi nuclei. Ciò consentirebbe agli scienziati di confrontare i risultati del litio-8 e del boro-8 per isolare i contributi al decadimento da ciascun nucleo.

Studiando entrambi questi nuclei con il Paul Trap a decadimento beta, un dispositivo che trattiene nubi di ioni nel vuoto, i ricercatori hanno determinato con elevata precisione le energie e le direzioni della particella beta emessa e di due particelle alfa. Questo approccio ha permesso ai ricercatori di ricostruire tutte le proprietà di decadimento, compreso il contributo del neutrino invisibile.

Il Modello Standard (SM) prevede la distribuzione degli angoli di emissione per la particella beta e il neutrino, e qualsiasi differenza osservata rivelerebbe nuovi aspetti della forza nucleare debole.

Il team era alla ricerca di differenze inferiori all'1%, che richiedevano una conoscenza approfondita dell'apparato e del sistema di rilevamento, abbinata a un approccio basato sul primo principio di nuova concezione utilizzando la "teoria del modello No-Core Shell adattato alla simmetria" per tenere conto di una serie di differenze piccoli effetti che derivano dal complicato ambiente del nucleo. I risultati sono stati la massima precisione nel loro genere e hanno confermato la previsione SM con maggiore sicurezza.