敲，敲，敲质子的弱电荷
对于外行人来说，弱力是我们所知的运行宇宙的四种相互作用中最不为人所知的。
我们都经历过地心引力，并受到电磁的服务。这种强大的力量将原子核束缚在一起，当原子核分裂时，它释放的能量为基于裂变的发电厂提供动力。
这是三个;第四种力被称为弱力。弱力，也被称为弱相互作用，是驱动粒子衰变和核聚变的因素。它在我们的日常生活中起着非常重要的作用。
大卫·阿姆斯特朗说：“如果弱力不存在，太阳就不会燃烧。”
阿姆斯特朗是威廉玛丽大学的物理学教授和系主任，也是Qweak协作组织的成员，该组织是由一群科学家组成的，他们在能源部的托马斯杰斐逊国家加速器设施（杰斐逊佳博体育）首次直接测量了质子的弱电荷。
他们的论文《质子弱电荷的首次测定》发表在《物理评论快报》上。
这篇论文的物理系撰稿人，除了阿姆斯特朗本人，还有Wouter Deconinck， Todd Averett，已故的Michael Finn和Roger Carlini， Roger Carlini是JLab的一名兼职教员，他的主要职位是JLab。许多博士后研究人员、研究生和本科生也为这个项目做出了贡献。
阿姆斯壮说：“威廉玛丽公司是这个实验中相对主要的参与者。“我认为我们是这个实验中最重要的机构之一。我们的学生、教师和博士后都参与了这个项目的各个方面，但在设备方面，我们做了一件关键的事情。”
“关键的事情”是设计和建造一套垂直漂移室——大型探测器，用于跟踪从质子反射回来的散射电子。阿姆斯特朗指出，该项目得到了美国国家科学基金会的大量资金支持。
“这是一个非常大的项目，花了很多年的时间，”他说。“它们是在小大厅里建造和测试的——使用的是宇宙射线。然后它们被运送到杰斐逊佳博体育进行实验。”
阿姆斯特朗说，Qweak实验也有一个威廉和玛丽的起源故事。他说，大约15年前，他和芬恩在JLab讨论正在进行的实验，目的是发现奇异夸克是否在质子的构造中起作用。（确实如此，但并不多。）
喝了咖啡后，阿姆斯特朗和芬恩站在黑板上，讨论着采用他们在奇异夸克研究中使用的相同技术的想法。阿姆斯特朗说，他们得出的结论是，同样的宇称违反电子散射的方法可以用来测量质子的弱电荷。
处决是一个规模问题。尝试第一次直接测量质子的弱电荷需要比他们在奇异夸克研究中使用的更微妙的接触。
人们发现弱力和电磁力交织在一起，以至于物理学家把这种现象称为电弱相互作用。（对物理学家来说，“Qweak”中的“Q”代表电荷，就像“m”代表质量一样。）
Qweak团队面临的挑战是找到一种方法，从更厚的电磁线中梳理出由弱相互作用驱动的电子。
“我们是这样做的，”阿姆斯特朗说，“通过挠质子。在JLab之前的实验中，我们真的很用力地击打质子。但这需要更柔和的手法。”
物理学助理教授Wouter Deconinck解释说，Qweak实验与在大型强子对撞机上发现希格斯玻色子是同一个更大任务的一部分。这一切都是关于标准模型的测试——以及潜在的扩展——物理学家对构成宇宙的能量和粒子的盘点。
“我们的论文对标准模型的影响还没有那么强烈，”德康尼克说。“这个数据的新之处在于，这是我们第一次直接测量这个量——弱电荷。”
寻找希格斯粒子和测量质子的弱电荷形成了一个有趣的对比，阿姆斯特朗说。
“希格斯玻色子是标准模型中缺失的一部分。这是预料之中的。如果标准模型是正确的，它肯定在那里，但还没有被发现。”“但测试标准模型的另一种方法是间接地观察它。寻找一些普通的、普通的、普通的粒子的特性——比如质子。寻找一种性质，质子的弱电荷，并超精确地测量它。”
这种对比适用于仪器；阿姆斯特朗将17英里宽的大型强子对撞机描述为“蛮力”仪器，而相对较小的Qweak探测器“更像是一个灵巧的东西”，尽管它比JLab的科学家们高得多。
正如大型强子对撞机的工作将扩展到探索标准模型之外的可能性一样，Qweak论文标志着一个开始，而不是一个结论。德康尼克指出，还有更多来自JLab的数据需要分析。他说，最终的数据集将是论文中使用的数据集的25倍左右。
除了对JLab全部数据的分析将有所贡献之外，阿姆斯特朗还指出，他们的弱力测量应该被复制，以获得科学界的信心。
他说：“当然，你不会想要用完全相同的方法，或者在同一个佳博体育用同样的设备，让同样的人做同样的实验。”“可能是仪器的某些人为因素给了你一个错误的结果。”
实验人员总是预见到一些仪器误差，并在实验设计中考虑到这些误差。例如，Joshua Magee是研究Qweak数据的团队成员之一。他将在他的威廉与玛丽博士论文中写一些他称之为实验的“辅助测量”，重点关注一个已知人工制品的各个方面——一个装有质子（液态氢形式）的铝盒，它是实验的目标。
“你不能让质子在偏僻的地方闲逛，所以我们把它们放在一个铝盒子里，边上的壁非常非常薄，”马吉说。“所以当我们把电子束带到我们的目标时，由于铝比它内部的氢大得多，我们从壁上得到了相当多的散射。我的工作是计算铝墙发出的信号。”
Magee的计算使实验人员能够消除铝引入的“噪音”。阿姆斯特朗指出，马吉的工作在几个层面上都很有价值。
“他必须了解我们看到有多少电子从铝中散射出来，以及它们的不对称性。乔希的论文将包括对这种铝的这种不对称特性的测量，这是以前从未有人测量过的。”
马吉只是在Qweak实验中担任重要角色的威廉与玛丽研究生中的一员。另一位是瓦莱丽·格雷，一位物理学博士生，阿姆斯特朗说她可能创造了杰斐逊佳博体育使用电脑时间的记录。
“而且还在增长，”格雷说。她的工作是建立一个计算机模拟实验，并将实际数据与预测数据进行比较。
她解释说：“如果一切都符合，在一个完美的世界里，我们可以回过头来，说这是我们确切的散射角，这是我们确切的散射损失等等。”
这个故事出现在2013年冬季的《威廉与玛丽校友杂志》上。
