Певний час фізики розуміли, що всіма відомими явищами у Всесвіті керують чотири основні сили. До них відносять слабку ядерну силу, сильну ядерну силу, електромагнетизм та гравітацію. Оскільки перші три сили всіх частин Стандартної моделі фізики частинок і пояснюються за допомогою квантової механіки, наше розуміння сили тяжіння залежить від теорії відносності Ейнштейна.
Розуміння того, як ці чотири сили поєднуються разом, було метою теоретичної фізики протягом десятиліть, що, в свою чергу, призвело до розробки декількох теорій, які намагаються їх узгодити (тобто теорія супер струн, квантова гравітація, велика об'єднана теорія тощо). Однак їх зусилля можуть бути ускладнені (або допомогли) завдяки новим дослідженням, які дозволяють припустити, що на роботі може бути лише п'ята сила.
У статті, яка нещодавно була опублікована в журналі Листи з фізичного огляду, дослідницька група з Каліфорнійського університету, Ірвайн пояснює, як останні експерименти з фізики частинок, можливо, дали свідчення про новий тип бозону. Цей бозон, мабуть, не так поводиться, як це роблять інші бозони, і може бути свідченням того, що там є ще одна сила природи, яка регулює фундаментальні взаємодії.
Як сказав Джонатан Фен, професор фізики та астрономії в UCI та один із провідних авторів статті:
"Якщо це правда, то це революційно. Ми десятиліттями знали чотири основні сили: гравітацію, електромагнетизм та сильні та слабкі ядерні сили. Якщо підтвердити подальші експерименти, це відкриття можливої п’ятої сили повністю змінить наше розуміння Всесвіту з наслідками для об’єднання сил і темної матерії ».
Зусилля, які призвели до цього потенційного відкриття, почалися ще в 2015 році, коли команда UCI натрапила на дослідження групи експериментальних фізиків-ядерників з Інституту ядерних досліджень Угорської академії наук. У той час ці фізики розглядали радіоактивну аномалію розпаду, яка натякала на існування легкої частинки, яка була в 30 разів важче електрона.
У статті, що описує їх дослідження, провідний дослідник Аттіла Краснахорка та його колеги стверджували, що те, що вони спостерігали, може бути створенням «темних фотонів». Коротше кажучи, вони вважали, що, можливо, нарешті знайшли свідчення Темної матерії, таємничої, невидимої маси, яка становить близько 85% маси Всесвіту.
Цей звіт був значною мірою не помічений на той час, але він отримав широку увагу на початку цього року, коли професор Фенг та його дослідницька група знайшли його та почали оцінювати його висновки. Але вивчивши результати угорських команд і порівнявши їх з попередніми експериментами, вони дійшли висновку, що експериментальні докази не підтримують існування темних фотонів.
Натомість вони запропонували, щоб відкриття могло вказувати на можливу наявність п’ятої основної сили природи. Ці висновки були опубліковані в arXiv у квітні, після чого було підготовлено документ під назвою «Моделі фізики частинок для аномалії 17 МеВ в ядерних розкладах Берилію», який був опублікований у PRL цієї минулої п’ятниці.
По суті, команда UCI стверджує, що замість темного фотона, якою могли засвідчити угорські дослідницькі групи, було створення нерозкритого раніше бозона, який вони назвали "протофобічним бозоном X". У той час як інші бозони взаємодіють з електронами та протонами, цей гіпотетичний бозон взаємодіє лише з електронами та нейтронами, і лише в надзвичайно обмеженому діапазоні.
Вважається, що ця обмежена взаємодія є причиною того, що частинка до цих пір залишається невідомою, і чому до назви додаються прикметники "фотобік" та "X". "Немає жодного іншого бозона, який ми спостерігали, що має таку саму характеристику", - сказав Тімоті Тайт, професор фізики та астрономії в UCI та співавтор статті. "Іноді ми також просто називаємо це" бозоном X ", де" X "означає невідоме".
Якщо така частинка існує, можливості для проривів у дослідженні можуть бути нескінченними. Фен сподівається, що його можна було б об'єднати з трьома іншими силами, що регулюють взаємодію частинок (електромагнітні, сильні та слабкі ядерні сили) як більшу, більш фундаментальну силу. Фен також припускав, що це можливе відкриття може вказувати на існування "темного сектору" нашого Всесвіту, який керується власною матерією та силами.
"Можливо, що ці два сектори розмовляють між собою та взаємодіють один з одним через дещо завуальовану, але фундаментальну взаємодію", - сказав він. "Ця темна сила сектора може проявити себе як ця протофопічна сила, яку ми бачимо в результаті угорського експерименту. У більш широкому сенсі це відповідає нашим оригінальним дослідженням, щоб зрозуміти природу темної матерії ».
Якщо це повинно бути таким, то фізики, можливо, будуть ближче до з'ясування існування темної матерії (а може, навіть і темної енергії), двох найбільших загадок сучасної астрофізики. Більше того, це може допомогти дослідникам у пошуку фізики поза стандартною моделлю, чим займалися дослідники в ЦЕРН з моменту відкриття Хіггса Босона в 2012 році.
Але, як зазначає Фен, нам потрібно підтвердити існування цієї частинки за допомогою подальших експериментів, перш ніж ми будемо схвильовані її наслідками:
«Частинка не дуже важка, і лабораторії мали енергію, необхідну для її виготовлення з 50-х і 60-х років. Але причину, яку важко знайти, є те, що її взаємодія є дуже слабкою. Це означає, що нова частинка настільки легка, що в невеликих лабораторіях по всьому світу працює багато експериментальних груп, які можуть відстежувати початкові твердження, тепер вони знають, де шукати ».
Як нещодавній випадок, що стосується CERN - коли команди LHC були змушені оголосити, що вони є ні виявив дві нові частинки - демонструє, важливо не рахувати наших курей до того, як вони будуть вкорінені. Як завжди, обережний оптимізм - найкращий підхід до потенційних нових знахідок.
