ناپایداری پاریته درون اتم‌ها

یكی از موفقیت‌های بزرگ فیزیك نظری نظریه الكترو ضعیف بوده است كه نیروهای الكترومغناطیسی و ضعیف را در یك چارچوب وحدت یافته توصیف می‌كند. یكی از پیش‌بینی‌های این نظریه آن است كه بین الكترون‌ها و نوكلئون‌های هر اتم نیروی ضعیفی وجود دارد كه پایستگی تقارن فضایی یا پاریته در آن برقرار نیست. پایسته نبودن پاریته به این معنی است كه اتم نوعی دستوارگی دارد و بنابراین به نظر می‌رسد كه اتم از تصویر آینه‌ای‌اش متفاوت باشد. اندازه‌گیری مقدار این دستوارگی یا ناپایستگی پاریته (PNC) آزمونی یگانه از نظریه الكترو ضعیف به دست خواهد داد. اما چنین اندازه‌گیری‌هایی فوق‌العاده دشوار است، زیرا كه این دستوارگی به واپیچشی در شكل اتم مربوط می‌شود كه بزرگی آن تنها از مرتبه 11-10 است.
به رغم دشواری‌های بسیار، PNC اكنون در چند اتم مختلف دیده شده است و دقت این اندازه‌گیری‌ها در طی دهه گذشته پیشرفت مداومی داشته است. اخیراً، PNC در یك اتم با دقتی بهتر از 10% اندازه‌گیری شده است. در این آزمایش از یك لیزر تنظیم پذیر برای برانگیختن اتم‌های سزیوم به گذار بین دو تراز برگزیده استفاده شده است. در ناحیه برانگیزش میدان‌های متعامد الكتریكی و مغناطیسی اعمال شده است. این میدان‌ها به همراه راستای قطبیدگی نور لیزر، یك دستگاه مختصات یا دستوارگی برای فرایند برانگیزش تعریف می‌كند و بدین وسیله دیده می‌شود كه این فرایند به دستوارگی اتم‌ها بستگی دارد. هنگامی كه دستوارگی برانگیزش معكوس می‌شود، در آهنگ برانگیزش اتم‌ها تغییری اندك اما قابل اندازه‌گیری رخ می‌دهد. عمل معكوس سازی با تغییر علامت قطبیدگی لیزر یا یكی از میدان‌ها انجام می‌شود. این تغییر آهنگ برانگیزش با مقدار PNC در اتم بستگی مستقیم دارد.
برای ایجاد ارتباط میان اندازه‌گیری‌های آزمایش و نیروی بنیادی الكترون نوكلئون لازم است كه ساختار اتم، به ویژه در نزدیكی هسته، محاسبه شود. این موضوع در فیزیك اتمی نظری مسئله بسیار مهمی است كه چند گروه از دانشمندان جهان اكنون با روش‌های گوناگون جدید در پی حل آن هستند. برای تعدادی از اتم‌ها محاسبات دقیق‌تری در جریان است، و امروزه عدم قطعیت در نتایج حاصل برای سزیوم در حدود چند درصد برآورد می‌شود.
از تركیب نتایج نظریه اتمی و آزمایش، برای برهم‌كنش PNC در سزیوم مقداری به دست می‌آید كه با توجه به عدم قطعیت آزمایش، با پیش‌بینی‌های نظریه الكتروضعیف سازگاری دارد. اندازه‌گیری‌های PNC در اتم‌ها، مكمل آن رشته از آزمون‌های این نظریه است كه با استفاده از شتاب دهنده در انرژی‌های بالا انجام شده است. این اندازه‌گیری‌ها در انرژی‌های پایین‌تر صورت می‌گیرد و نسبت به جفت شدگی‌های متفاوتی از الكترون – كوارك حساس است. بنابراین، اكنون با اندازه‌گیری PNc در اتم‌ها قرائنی فراهم می‌شود كه عرصه را بر نظریه‌های دیگری چون نظریه‌های ابر ریسمان كه به دلیل نظریه الكتروضعیف استاندارد به شمار می‌آیند تنگ می‌كند.
در تعدادی از آزمایشگاه‌ها كارهایی در دست انجام است كه می‌باید در آینده نزدیك به اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق‌تر PNC در اتم‌ها منجر شود. این آزمایش‌ها كه در مقیاس كوچك انجام می‌شود، در مورد نیروهای بنیادی طبیعت اطلاعات نوینی به دست خواهد داد.