Вращающийся нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино, когда нижний кварк в нейтроне испускает W-бозон и превращается в верхний кварк. Обмен квантами света (γ) между заряженными частицами изменяет силу этого перехода.
Авторы и права: Винченцо Чирильяно, Институт ядерной теории.

Вне атомных ядер нейтроны являются нестабильными частицами, время жизни которых составляет около пятнадцати минут. Нейтрон распадается из-за слабого ядерного взаимодействия, оставляя после себя протон, электрон и антинейтрино. Слабое ядерное взаимодействие является одним из четырех фундаментальных взаимодействий во Вселенной, наряду с сильным взаимодействием, электромагнитным взаимодействием и гравитационным взаимодействием.

Сравнение экспериментальных измерений распада нейтронов с теоретическими предсказаниями, основанными на слабом ядерном взаимодействии, может выявить еще не открытые взаимодействия. Для этого исследователи должны достичь чрезвычайно высокого уровня точности. Группа теоретиков-ядерщиков обнаружила новый, относительно большой эффект в распаде нейтрона, возникающий в результате взаимодействия слабых и электромагнитных взаимодействий.

Это исследование определило изменение силы, с которой вращающийся нейтрон испытывает слабое ядерное взаимодействие. Это имеет два основных последствия. Во-первых, с 1956 года ученым известно, что из-за слабого взаимодействия система и система, построенная как ее зеркальное отражение, ведут себя неодинаково. Другими словами, нарушается симметрия зеркального отражения. Это исследование затрагивает поиск новых взаимодействий, технически известных как «правосторонние токи», которые на очень коротких расстояниях, менее ста квадриллионных долей сантиметра, восстанавливают симметрию зеркального отражения Вселенной. Во-вторых, это исследование указывает на необходимость более точного расчета электромагнитных эффектов. Это потребует использования будущих высокопроизводительных компьютеров.

Группа исследователей рассчитала влияние электромагнитных взаимодействий на распад нейтронов из-за испускания и поглощения фотонов, квантов света. В состав группы входили теоретики-ядерщики из Института ядерной теории Вашингтонского университета, Университета штата Северная Каролина, Амстердамского университета, Лос-Аламосской национальной лаборатории и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, и их результаты были опубликованы в Physical Review Letters.

Расчет был выполнен с использованием современного метода, известного как «теория эффективного поля», который эффективно определяет важность фундаментальных взаимодействий в явлениях, связанных с сильно взаимодействующими частицами. Команда определила новый процентный сдвиг осевой связи нуклонов, gA, который определяет силу распада вращающегося нейтрона. Новая поправка возникает из-за испускания и поглощения электрически заряженных пионов, являющихся посредниками сильного ядерного взаимодействия. В то время как эффективная теория поля дает оценку неопределенностей, для повышения текущей точности потребуются расширенные вычисления на суперкомпьютерах Министерства энергетики.

Исследователи также оценили влияние на поиски правостороннего тока. Они обнаружили, что после включения новой поправки экспериментальные данные и теория находятся в хорошем согласии, а текущие неопределенности по-прежнему допускают новую физику в относительно низком масштабе масс.