Профессор Аттила Краснахоркай и его коллеги из ATOMKI (Институт ядерных исследований в Дебрецене, Венгрия) недавно опубликовали статью, в которой намекают на существование ранее неизвестной субатомной частицы, получившей название X17. Команда впервые сообщила об обнаружении следов частицы в 2016 году, и теперь они сообщают о большем количестве следов в другом эксперименте.
В 2016 году они изучили пары электронов и позитронов, образующиеся при переходе ядер бериллия-8 из высокоэнергетического состояния в низкоэнергетическое.
Они обнаружили отклонение от того, что ожидали увидеть, когда между электронами и позитронами был большой угол. Эту аномалию можно было бы лучше всего объяснить, если бы ядро испустило неизвестную частицу, которая позже "расщепилась" на электрон и позитрон.
Эта частица должна была бы быть бозоном, который является частицей, несущей силу, и ее масса была бы около 17 миллионов электрон-вольт. Это примерно столько же, сколько 34 электрона, что довольно легко для такой частицы, как эта. (Бозон Хиггса, например, более чем в 10 000 раз тяжелее.)
Из-за своей массы профессор Краснахоркей и его команда назвали гипотетическую частицу Х17. Теперь они наблюдали какое-то странное поведение в ядрах гелия-4, которое также можно объяснить присутствием Х17.
Эта последняя аномалия статистически значима — уровень достоверности семь сигм, что означает, что есть только очень маленькая вероятность того, что результат произошел случайно. Это значительно превышает обычный стандарт пяти сигм для нового открытия, поэтому результат, по-видимому, предполагает, что здесь есть какая-то новая физика.
Проверка и двойная проверка
Однако новое объявление и то, что было сделано в 2016 году, были встречены скептицизмом со стороны физического сообщества — такого скептицизма, которого не было, когда две команды одновременно объявили об открытии бозона Хиггса в 2012 году.
Так почему же физикам так трудно поверить в существование такого легкого бозона, как этот?
Во-первых, эксперименты такого рода трудны, как и анализ полученных данных. Сигналы могут появляться и исчезать.
Еще в 2004 году, например, группа в Дебрецене обнаружила доказательства, которые они интерпретировали как возможное существование еще более легкого бозона, но когда они повторили эксперимент, сигнал исчез.
Во-вторых, нужно убедиться, что само существование X17 совместимо с результатами других экспериментов. В этом случае как результат 2016 года с бериллием, так и новый результат с гелием могут быть объяснены существованием X17, но независимая проверка от независимой группы все еще необходима.
Профессор Краснахоркей и его группа впервые сообщили о слабых доказательствах (на уровне трех сигм) для нового бозона в 2012 году на семинаре в Италии.
С тех пор команда повторила эксперимент с использованием модернизированного оборудования и успешно воспроизвела результаты бериллия-8, что обнадеживает, как и новые результаты в гелии-4. Эти новые результаты были представлены на симпозиуме HIAS 2019 в Австралийском национальном университете в Канберре.
Какое это имеет отношение к темной материи?
ученые считают, что большая часть материи во Вселенной невидима для нас. Так называемая темная материя взаимодействует с нормальной материей очень слабо. Мы можем сделать вывод, что он существует из его гравитационного воздействия на далекие звезды и галактики, но он никогда не был обнаружен в лаборатории.
Так откуда же берется X17?
В 2003 году один из нас показал, что частица, подобная X17, может существовать в работе, написанной в соавторстве с Пьером Файе и в одиночку. Он будет переносить силу между частицами темной материи примерно так же, как фотоны или частицы света переносят силу между частицами обычной материи.
В одном из предложенных мною сценариев легкие частицы темной материи могли иногда производить пары электронов и позитронов способом, сходным с тем, который наблюдала команда профессора Краснахоркея.
Этот сценарий привел к многочисленным поискам в низкоэнергетических экспериментах, которые исключили множество возможностей. Тем не менее, X17 еще не исключен — и в этом случае Дебреценская группа, возможно, действительно обнаружила, как частицы темной материи взаимодействуют с нашим миром.
Требуются дополнительные доказательства
Хотя результаты Дебрецена очень интересны, сообщество физиков не будет убеждено в том, что новая частица действительно была найдена, пока не будет получено независимое подтверждение.
Таким образом, мы можем ожидать, что многие эксперименты по всему миру, которые ищут новый легкий бозон, начнут охоту за доказательствами X17 и его взаимодействия с парами электронов и позитронов.
Если поступит подтверждение, следующим открытием могут стать сами частицы темной материи.