Всесвітом керують чотири основні сили: гравітація, електромагнетизм та сильні та слабкі ядерні сили. Ці сили керують рухом і поведінкою всього, що ми бачимо навколо себе. Принаймні, так ми думаємо. Але за останні кілька років спостерігається все більший доказ п'ятої основної сили. Нове дослідження не виявило цієї п'ятої сили, але воно показує, що ми все ще не повністю розуміємо ці космічні сили.
Фундаментальні сили є частиною стандартної моделі фізики частинок. Ця модель описує всі різні квантові частинки, які ми спостерігаємо, такі як електрони, протони, антиматерія тощо. Кварки, нейтрино та бозон Хіггса - це частина моделі.
Термін "сила" в моделі є дещо помилковим. У стандартній моделі кожна сила є результатом типу несучого бозона. Фотони є бозоном-носієм електромагнетизму. Глуони - це несучі бозони для сильних, а бозони - W і Z - для слабких. Гравітація технічно не є частиною стандартної моделі, але передбачається, що квантова гравітація має бозон, відомий як гравітон. Ми все ще не повністю розуміємо квантову гравітацію, але одна ідея полягає в тому, що гравітація може бути об'єднана зі стандартною моделлю для отримання великої єдиної теорії (GUT).
Кожна частинка, яку ми коли-небудь виявили, є частиною стандартної моделі. Поведінка цих частинок надзвичайно точно відповідає моделі. Ми шукали частинки поза стандартною моделлю, але поки що жодного разу не знайшли. Стандартна модель - це тріумф наукового розуміння. Це вершина квантової фізики.
Але ми почали дізнаватися, що це має деякі серйозні проблеми.
Для початку ми знаємо, що стандартна модель не може поєднуватися з гравітацією так, як ми думали. У стандартній моделі основні сили "об'єднуються" на більш високих рівнях енергії. Електромагнетизм і слабкі об'єднуються в електрослаб, і електрослабкість об'єднується з сильною, щоб стати електроядерною силою. При надзвичайно високій енергії електроядерні та гравітаційні сили повинні об'єднатися. Експерименти з фізики частинок показали, що енергії об'єднання не збігаються.
Більш проблемним є питання темної матерії. Темній речовині вперше було запропоновано пояснити, чому зірки та газ на зовнішньому краї галактики рухаються швидше, ніж передбачено гравітацією. Або наша теорія сили тяжіння якимось чином неправильна, або в галактиках має бути якась невидима (темна) маса. Протягом останніх п'ятдесяти років докази темної матерії стали дуже сильними. Ми спостерігали, як темна речовина кластеризує галактики разом, як вона розподіляється в межах певних галактик і як вона поводиться. Ми знаємо, що вона не сильно взаємодіє з регулярною матерією або самою собою, і вона складає більшість маси в більшості галактик.
Але в стандартній моделі немає жодної частинки, яка могла б скласти темну речовину. Можливо, що темна речовина може бути створена з чогось такого, як маленькі чорні діри, але астрономічні дані не дуже підтримують цю ідею. Темна матерія, швидше за все, складається з ще нерозкритої частинки, стандартної моделі не передбачається.
Тоді з’являється темна енергія. Детальні спостереження далеких галактик показують, що Всесвіт розширюється з постійно зростаючими темпами. Здається, якась енергія рухає цей процес, і ми не розуміємо як. Можливо, це прискорення є результатом структури простору і часу, свого роду космологічною постійною, що змушує Всесвіт розширюватися. Можливо, на це рухається якась нова сила, яка ще не відкриється. Якою б не була темна енергія, вона складає більше двох третин Всесвіту.
Все це вказує на той факт, що стандартна модель в кращому випадку неповна. Є речі, яких нам принципово не вистачає у тому, як працює Всесвіт. Для виправлення стандартної моделі було запропоновано багато ідей, від суперсиметрії до ще нерозкритих кварків, але одна ідея полягає в тому, що існує п'ята фундаментальна сила. Ця сила матиме власні бозони (носії), а також нові частинки, крім тих, які ми виявили.
Ця п'ята сила також взаємоділа б з частинками, які ми спостерігали, тонко кажучи, що суперечать стандартній моделі. Це підводить нас до нового документу, який стверджує, що має свідчення такої взаємодії.
У статті розглядається аномалія при розпаді ядер гелію-4, і це створює попереднє дослідження розпаду берилію-8. Берилій-8 має нестабільне ядро, яке розпадається на два ядра гелію-4. У 2016 році команда виявила, що розпад берилію-8, здається, трохи порушує стандартну модель. Коли ядра перебувають у збудженому стані, вони можуть випромінювати електрон-позитронну пару під час розпаду. Кількість пар, що спостерігаються під більшими кутами, перевищує прогнозовану стандартну модель і відома як аномалія Атомкі.
Існує маса можливих пояснень аномалії, включаючи помилку експерименту, але одне пояснення полягає в тому, що її спричиняє бозон, команда X17. Це був би носій бозону для (поки невідомої) п’ятої основної сили, масою 17 МеВ. У новому документі команда виявила аналогічну невідповідність при розпаді гелію-4. Частинка X17 також може пояснити цю аномалію.
Хоча це звучить захоплююче, є причина бути обережними. Якщо ви подивитеся на деталі нового паперу, є невелика зміна даних. В основному команда припускає, що X17 є точним і показує, що дані можна зробити так, щоб вони відповідали їхній моделі. Показано, що модель може пояснити аномалії - це не те саме, що доводити свою модель робить поясніть аномалії. Можливі й інші пояснення. Якщо X17 існує, ми повинні були бачити це і в інших експериментах з частинками, а у нас цього немає. Докази цієї "п'ятої сили" справді слабкі.
П'ята сила може існувати, але ми її ще не знайшли. Що ми знаємо, це те, що стандартна модель не повністю доповнюється, і це означає, що чекають, що будуть знайдені дуже цікаві відкриття.
Джерело: Нові докази, що підтверджують існування гіпотетичної частинки X17, Краснознахорка, А. Дж. Та ін.
Джерело: Спостереження за аномальним створенням внутрішньої пари в 8: Можлива вказівка світлого, нейтрального бозона, Краснознахорка, А. Дж. Та ін.
