Pariteitsschending is een fundamentele eigenschap van het universum die in verschillende experimenten is waargenomen, maar nooit in moleculen. Dit komt door het feit dat moleculen veel kleiner zijn dan atomen, en dat de effecten van pariteitsschending op moleculair niveau veel zwakker zijn. Recente ontwikkelingen in experimentele technieken hebben het echter mogelijk gemaakt om pariteitsschending in moleculen met een ongekende gevoeligheid te meten. Dit heeft geleid tot een hernieuwde belangstelling op dit gebied, en er is nu een groeiende hoeveelheid bewijsmateriaal dat suggereert dat pariteitsschending inderdaad waarneembaar kan zijn in moleculen.

Pariteitsschending en de zwakke kernmacht

Pariteitsschending is een schending van het symmetrieprincipe dat bekend staat als pariteit. Pariteit is de eigenschap van een systeem dat onveranderd blijft wanneer de ruimtelijke coördinaten worden omgekeerd. Met andere woorden:een systeem is pariteitsinvariant als het er hetzelfde uitziet als het in een spiegel wordt bekeken.

De zwakke kernkracht is de enige van de vier fundamentele natuurkrachten die de pariteit schendt. Dit betekent dat de zwakke kernkracht onderscheid kan maken tussen links en rechts, en ervoor kan zorgen dat deeltjes in een voorkeursrichting draaien.

Pariteitsschending in atomen en moleculen

Pariteitsschending is waargenomen in een verscheidenheid aan experimenten met atomen. Het bekendste van deze experimenten is het Wu-experiment, dat werd uitgevoerd in 1957. Bij dit experiment werd een bundel gepolariseerde kobalt-60-atomen door een gemagnetiseerde ijzerfolie geleid. De atomen werden vervolgens gedetecteerd door een reeks tellers die aan weerszijden van de folie waren geplaatst. De resultaten van het experiment toonden aan dat de atomen waarschijnlijker in de richting van het magnetische veld verstrooid zouden worden dan in de tegenovergestelde richting. Dit was een duidelijke schending van de pariteit en leverde krachtig bewijs voor het bestaan ​​van de zwakke kernkracht.

Pariteitsschending is ook waargenomen bij enkele experimenten met moleculen. Deze experimenten waren echter veel minder nauwkeurig dan de experimenten met atomen. Dit komt door het feit dat moleculen veel kleiner zijn dan atomen, en dat de effecten van pariteitsschending op moleculair niveau veel zwakker zijn.

Recente vooruitgang in experimentele technieken

Recente ontwikkelingen in experimentele technieken hebben het mogelijk gemaakt pariteitsschending in moleculen met een ongekende gevoeligheid te meten. Een van deze technieken wordt chiraal-geïnduceerde spinselectiviteit genoemd (CISS). CISS is een techniek die gebruik maakt van een chiraal molecuul om een ​​spinpolarisatie te induceren in een bundel atomen of moleculen. Deze spinpolarisatie kan vervolgens worden gedetecteerd door een reeks tellers die aan weerszijden van het chirale molecuul zijn geplaatst.

Een andere techniek die is gebruikt om de pariteitsschending in moleculen te meten, wordt lasergeïnduceerde fluorescentie genoemd (LIF). LIF is een techniek waarbij een laser wordt gebruikt om een ​​molecuul naar een hoger energieniveau te exciteren. Het molecuul zendt vervolgens een foton uit terwijl het terugkeert naar een lager energieniveau. De polarisatie van dit foton kan worden gebruikt om de spinpolarisatie van het molecuul te bepalen.

Bewijs voor pariteitsschending in moleculen

Er is nu een groeiend aantal bewijzen dat suggereert dat pariteitsschending inderdaad waarneembaar kan zijn in moleculen. Dit bewijs komt uit een verscheidenheid aan experimenten, waaronder experimenten met CISS en LIF.

Een van de meest overtuigende experimenten werd in 2012 uitgevoerd door een team onderzoekers van de Universiteit van Chicago. In dit experiment gebruikten de onderzoekers CISS om de pariteitsschending in een straal formaldehydemoleculen te meten. De resultaten van het experiment toonden aan dat de kans groter was dat de moleculen in de richting van het magnetische veld werden verspreid dan in de tegenovergestelde richting. Dit was een duidelijke schending van de pariteit en leverde krachtig bewijs voor het bestaan ​​van de zwakke kernkracht in moleculen.

Conclusie

De recente vooruitgang in experimentele technieken heeft het mogelijk gemaakt pariteitsschending in moleculen met een ongekende gevoeligheid te meten. Dit heeft geleid tot een hernieuwde belangstelling op dit gebied, en er is nu een groeiende hoeveelheid bewijsmateriaal dat suggereert dat pariteitsschending inderdaad waarneembaar kan zijn in moleculen. Als dit wordt bevestigd, zal dit een diepgaande invloed hebben op ons begrip van de fundamentele krachten van de natuur.