Od pewnego czasu fizycy rozumieją, że wszystkimi znanymi zjawiskami we Wszechświecie rządzą cztery podstawowe siły. Obejmują one słabą siłę jądrową, silną siłę jądrową, elektromagnetyzm i grawitację. Podczas gdy pierwsze trzy siły są częścią standardowego modelu fizyki cząstek i można je wyjaśnić za pomocą mechaniki kwantowej, nasze rozumienie grawitacji zależy od teorii względności Einsteina.
Zrozumienie, w jaki sposób te cztery siły pasują do siebie, było celem fizyki teoretycznej od dziesięcioleci, co z kolei doprowadziło do opracowania wielu teorii, które próbują je pogodzić (tj. Teoria superstrunowa, grawitacja kwantowa, teoria Grand Unified itp.). Jednak ich wysiłki mogą być skomplikowane (lub pomogły) dzięki nowym badaniom, które sugerują, że może istnieć tylko piąta siła w pracy.
W artykule opublikowanym niedawno w czasopiśmie Listy z przeglądu fizycznego, zespół badawczy z University of California, Irvine, wyjaśnia, w jaki sposób ostatnie eksperymenty fizyki cząstek mogły dostarczyć dowodów na nowy typ bozonu. Bozon ten najwyraźniej nie zachowuje się tak jak inne bozony i może wskazywać, że istnieje jeszcze inna siła natury rządząca fundamentalnymi interakcjami.
Jak powiedział Jonathan Feng, profesor fizyki i astronomii w UCI i jeden z głównych autorów artykułu:
„Jeśli to prawda, jest rewolucyjne. Od dziesięcioleci znamy cztery podstawowe siły: grawitację, elektromagnetyzm oraz silne i słabe siły jądrowe. Jeśli potwierdzą to dalsze eksperymenty, odkrycie możliwej piątej siły całkowicie zmieni nasze rozumienie wszechświata, co będzie miało konsekwencje dla zjednoczenia sił i ciemnej materii. ”
Wysiłki, które doprowadziły do tego potencjalnego odkrycia, rozpoczęły się w 2015 r., Kiedy zespół UCI natknął się na badanie przeprowadzone przez grupę eksperymentalnych fizyków jądrowych z Instytutu Badań Jądrowych Węgierskiej Akademii Nauk. W tym czasie fizycy ci patrzyli na anomalię rozpadu radioaktywnego, która wskazywała na istnienie lekkiej cząsteczki, która była 30 razy cięższa niż elektron.
W artykule opisującym ich badania główny badacz Attila Krasznahorka i jego koledzy twierdzili, że obserwowali oni tworzenie „ciemnych fotonów”. Krótko mówiąc, wierzyli, że w końcu mogli znaleźć dowody na Ciemną Materię, tajemniczą, niewidzialną masę, która stanowi około 85% masy Wszechświata.
Raport ten był wówczas w dużej mierze przeoczony, ale zyskał szeroką uwagę na początku tego roku, kiedy znalazł go profesor Feng i jego zespół badawczy i zaczął oceniać jego wnioski. Ale po przestudiowaniu wyników węgierskich zespołów i porównaniu ich z poprzednimi eksperymentami doszli do wniosku, że dowody eksperymentalne nie potwierdzają istnienia ciemnych fotonów.
Zamiast tego zaproponowali, że odkrycie może wskazywać na możliwą obecność piątej fundamentalnej siły natury. Odkrycia zostały opublikowane w arXiv w kwietniu, a następnie opublikowano artykuł zatytułowany „Modele fizyki cząstek elementarnych dla anomalii 17 MeV w rozpadach jąder berylu”, który został opublikowany w PRL w ostatni piątek.
Zasadniczo zespół UCI argumentuje, że zamiast ciemnego fotonu, węgierski zespół badawczy mógł być świadkiem stworzenia nieznanego wcześniej bozonu - który nazwali „protofobicznym bozonem X”. Podczas gdy inne bozony oddziałują z elektronami i protonami, ten hipotetyczny bozon oddziałuje tylko z elektronami i neutronami i tylko w bardzo ograniczonym zakresie.
Uważa się, że ta ograniczona interakcja jest przyczyną, dla której cząstka pozostała nieznana i dlaczego do nazwy dodano przymiotniki „fotobowy” i „X”. „Nie zaobserwowaliśmy żadnego bozonu, który miałby taką samą cechę” - powiedział Timothy Tait, profesor fizyki i astronomii w UCI i współautor artykułu. „Czasami nazywamy to po prostu„ bozonem X ”, gdzie„ X ”oznacza nieznane”.
Jeśli taka cząstka istnieje, możliwości przełomów badawczych mogą być nieograniczone. Feng ma nadzieję, że można go połączyć z trzema innymi siłami rządzącymi oddziaływaniami cząstek (elektromagnetycznymi, silnymi i słabymi siłami jądrowymi) jako większą, bardziej fundamentalną siłą. Feng spekulował również, że to możliwe odkrycie może wskazywać na istnienie „ciemnego sektora” naszego wszechświata, który rządzi się własną materią i siłami.
„Możliwe jest, że te dwa sektory rozmawiają ze sobą i wchodzą w interakcje poprzez nieco zawoalowane, ale fundamentalne interakcje” - powiedział. „Ta siła ciemnego sektora może objawiać się jako ta siła protofopowa, którą widzimy w wyniku węgierskiego eksperymentu. W szerszym znaczeniu pasuje do naszych oryginalnych badań, aby zrozumieć naturę ciemnej materii. ”
Jeśli tak się stanie, fizycy mogą być bliżej odkrycia istnienia ciemnej materii (a może nawet ciemnej energii), dwóch największych tajemnic współczesnej astrofizyki. Co więcej, może pomóc badaczom w poszukiwaniu fizyki wykraczającej poza Model Standardowy - czymś, czym zajmowali się naukowcy z CERN od odkrycia Higgsa Bosona w 2012 roku.
Ale jak zauważa Feng, musimy potwierdzić istnienie tej cząstki poprzez dalsze eksperymenty, zanim wszyscy podekscytujemy się jej następstwami:
„Cząstka nie jest bardzo ciężka, a laboratoria dysponują energią niezbędną do jej wytworzenia od lat 50. i 60. Ale trudno było go znaleźć, ponieważ jego interakcje są bardzo słabe. To powiedziawszy, ponieważ ponieważ nowa cząsteczka jest tak lekka, istnieje wiele eksperymentalnych grup pracujących w małych laboratoriach na całym świecie, które mogą śledzić początkowe twierdzenia, teraz, gdy wiedzą, gdzie szukać. ”
Tak jak w ostatnim przypadku dotyczącym CERN - gdzie zespoły LHC zostały zmuszone do ogłoszenia, że tak nie odkryliśmy dwie nowe cząsteczki - pokazuje, że ważne jest, aby nie liczyć naszych kurczaków przed ich wylęgiem. Jak zawsze ostrożny optymizm jest najlepszym podejściem do potencjalnych nowych odkryć.
