Paritetsbrott är en grundläggande egenskap hos universum som har observerats i en mängd olika experiment, men aldrig i molekyler. Detta beror på det faktum att molekyler är mycket mindre än atomer, och effekterna av paritetsöverträdelse är mycket svagare på molekylär nivå. De senaste framstegen inom experimentella tekniker har dock gjort det möjligt att mäta paritetsöverträdelse i molekyler med oöverträffad känslighet. Detta har lett till ett förnyat intresse för detta område, och det finns nu en växande mängd bevis som tyder på att paritetsöverträdelser verkligen kan observeras i molekyler.
Paritetskränkning och den svaga kärnkraften
Paritetsöverträdelse är ett brott mot symmetriprincipen som kallas paritet. Paritet är egenskapen hos ett system som förblir oförändrat när dess rumsliga koordinater inverteras. Med andra ord är ett system paritetsinvariant om det ser likadant ut i en spegel.
Den svaga kärnkraften är den enda av de fyra grundläggande naturkrafterna som bryter mot pariteten. Detta innebär att den svaga kärnkraften kan skilja mellan vänster och höger, och det kan få partiklar att snurra i en föredragen riktning.
Paritetsöverträdelse i atomer och molekyler
Paritetsöverträdelse har observerats i en mängd olika experiment som involverar atomer. Det mest kända av dessa experiment är Wu-experimentet, som utfördes 1957. I detta experiment fördes en stråle av polariserade kobolt-60-atomer genom en magnetiserad järnfolie. Atomerna upptäcktes sedan av en uppsättning räknare som placerades på vardera sidan av folien. Resultaten av experimentet visade att atomerna var mer benägna att spridas i magnetfältets riktning än i motsatt riktning. Detta var ett tydligt brott mot paritet, och det gav starka bevis för existensen av den svaga kärnvapenstyrkan.
Paritetsöverträdelse har också observerats i några experiment som involverar molekyler. Dessa experiment har dock varit mycket mindre exakta än experimenten med atomer. Detta beror på det faktum att molekyler är mycket mindre än atomer, och effekterna av paritetsöverträdelse är mycket svagare på molekylär nivå.
Senaste framstegen inom experimentella tekniker
Nya framsteg inom experimentell teknik har gjort det möjligt att mäta paritetsöverträdelse i molekyler med oöverträffad känslighet. En av dessa tekniker kallas kiral-inducerad spinselektivitet (CISS). CISS är en teknik som använder en kiral molekyl för att inducera en spinnpolarisering i en stråle av atomer eller molekyler. Denna spinnpolarisering kan sedan detekteras av en uppsättning räknare som är placerade på vardera sidan av den kirala molekylen.
En annan teknik som har använts för att mäta paritetsöverträdelse i molekyler kallas laserinducerad fluorescens (LIF). LIF är en teknik som använder en laser för att excitera en molekyl till en högre energinivå. Molekylen avger sedan en foton när den återgår till en lägre energinivå. Polariseringen av denna foton kan användas för att bestämma spinpolariseringen av molekylen.
Bevis för paritetsöverträdelse i molekyler
Det finns nu en växande mängd bevis som tyder på att paritetsöverträdelser verkligen kan observeras i molekyler. Dessa bevis kommer från en mängd olika experiment, inklusive experiment med CISS och LIF.
Ett av de mest övertygande experimenten utfördes av ett team av forskare vid University of Chicago 2012. I detta experiment använde forskarna CISS för att mäta paritetsbrott i en stråle av molekyler av formaldehyd. Resultaten av experimentet visade att molekylerna var mer benägna att spridas i magnetfältets riktning än i motsatt riktning. Detta var ett tydligt brott mot paritet, och det gav starka bevis för existensen av den svaga kärnkraften i molekyler.
Slutsats
De senaste framstegen inom experimentella tekniker har gjort det möjligt att mäta paritetsöverträdelse i molekyler med oöverträffad känslighet. Detta har lett till ett förnyat intresse för detta område, och det finns nu en växande mängd bevis som tyder på att paritetsöverträdelser verkligen kan observeras i molekyler. Om detta bekräftas kommer det att ha en djupgående inverkan på vår förståelse av naturens grundläggande krafter.
