Древние земляне думали, что наш мир держится на трёх китах. На самом деле их 4, в отличие от марвеловских персонажей, эта фантастическая четверка супергероев абсолютно реальна. И незаменимая гравитация, электромагнитная сила, слабое и сильное ядерное взаимодействие удерживают на плаву всю вселенную. Однако, совсем недавно оказалось, что может существовать некая 5 сила, которая во многом определяет как движение элементарных частиц внутри вашего тела, так и вращение всех планет и звезд во вселенной. Что же это за таинственная сила? Что она означает для каждого из нас и как не сломать себе мозг, пытаясь разобраться во всем этом?
Возьмем к примеру обычный атом.
Все его части состоят всего из двух типов частиц: кварков и лептонов, являющихся основой всей обычной материи. Только сохранять свою ценность, распадаться и взаимодействовать с частицами других атомов, они могут исключительно благодаря фундаментальным частицам: бозонам. Каждый из четырех сил имеет свои бозоны. Ядро в центре атома держится целым, благодаря сильному ядерному взаимодействию. Его переносчиком выступают глюоны, и благодаря им вы, я, ваш девайс с которого сейчас читаете статью, все это способно держать форму. В то же время, ядра могут распадаться. Тогда, в действие вступает слабое взаимодействие. Его бозоны обычно имеют нулевой или же слабый заряд со знаком плюс или минус. Они вынуждают отдельные части ядра отсоединятся друг от друга, благодаря этой силе, работают реакторы атомных электростанций, приводятся в действие ядерные бомбы и, самое главное, зажигаются звезды. Ведь все небесные светила способны поддерживать свою работу благодаря термоядерным реакциям, в основе которых лежит как раз таки слабое взаимодействие. Кроме того, это единственная сила, которая в отличии от всех остальных, совершенно по-другому проявляется в зеркальном отражении нашей вселенной.
Теперь перейдем от ядра к частицам. Одни из них вращаются вокруг ядра, другие же являются его составными частями. Большинство частиц обладают зарядом плюс или минус. Как мы знаем из школьных уроков, плюс и минус притягиваются, одинаковые заряды отталкиваются, только делают они это через посредника, третьей силы - электромагнитной, которая в 10 миллионов раз сильнее слабой. Бозоном электромагнитной силы выступает фотон. Он не имеет заряда, однако связывает магнитные поля других заряженных частиц, а это в свою очередь, делает возможными практически все физические и химические явления во вселенной: температура, электропроводимость, способность сохранять тепло, все это происходит по вине фотона. Когда вы добавляете, скажем, Ментос в Кока-колу, или засовываете руку в серную кислоту, здесь тоже вступают в силу фотоны, ведь все химические реакции обусловлены тем, что между атомами химических элементов просто меняется количество и соотношение заряженных частиц. Кроме отсутствия заряда, фотон так же не имеет массы, что позволяет этой частице быть сгустком чистой энергии, действующей на бесконечности.
Четвёртая сила - гравитация. Единственная чей элементарный бозон, под названием гравитон, еще не был открыт. Это объясняется тем, что сама гравитация работает в основном на масштабных уровнях, значительно превышающих мир элементарных частиц. Вращение планет вокруг звезд и звездных систем вокруг центров галактик, только доказывает это самое маленькое проявление гравитации, которые можно заметить на уровне атома, когда сбегающие с атмосферой земли химические элементы, обратно попадают на неё под воздействием гравитации. На данный момент, гравитоны были обнаружены только в двигателях звездолетов из культового сериала Звездный путь, но их реальное существование будет доказано только тогда, когда удастся экспериментально подтвердить, что у вселенной 10 измерений, вместо четырех, так как именно туда попадают наши гравитоны. Кроме этого, существует ещё более 200 других частиц, которые ученые называют "зоопарком частиц", однако большинство из них не играет значимой роли, в отличие от четырёх фундаментальных бозонов, определяющих практически все.
Чтобы понять откуда взялась пятая сила, сначала нужно узнать как ученые вообще смогли обнаружить то, что не способны увидеть даже самые мощные микроскопы. Все дело в большом адронном коллайдере, который чуть ли не каждые полгода открывает новую частицу. Сейчас я приведу очень грубый пример, но он позволит вам понять всю суть этого сложного мира элементарных частиц. Представьте себе ткань с двумя горстками песка, если эту ткань немного встряхнуть, весь песок осядет обратно, только горок станет уже не 2, а гораздо больше и все они будут обладать разными свойствами и формами, но количество песчинок останется таким же. Именно так работает большой адронный коллайдер. Две горки песка - это две частицы, которые сталкиваются друг с другом на почти световой скорости. После столкновения остается то же самое количество песчинок, что и до столкновения, то есть общая масса частиц и энергия остаются прежними, только количество горок песка, точнее частиц - разное. Некоторые из них разлетаются по сторонам в виде фотонов, уносящих за собой тепло и свет, остальные же, оседают обратно на нашу условную ткань. У каждой из получившихся горок песка, существует очень короткое время и обладает уникальными не похожими на другие частицы свойствами: заряд, масса и спин. Спин представляет из себя количество вращений, необходимых для того, чтобы частицы оказались в том же положении, что это вращение. Если перевести это на макромир, то можно сказать, что у однотонного футбольного мяча нулевой спин, то есть он будет выглядеть одинаково, сколько раз его не покрути. Спин неровного камня без симметрии, тогда был бы равен одному, ведь чтобы вернуть его в прежнее состояние, нужно покрутить как минимум на 360 градусов. Французский багет, имел бы спин равный двум, поскольку он симметричен и достаточно его повернуть всего на сто восемьдесят градусов. Так вот, по измерению спина, массы и заряда, как раз определяется как назвать новую частицу, при этом никто и никогда не видел как эти частицы выглядят. Собственно все базовые силы, за исключением гравитации, были подтверждены таким способом. Так бы мы жили во власти четырёх сил, если бы во время одного из подобных экспериментов всё не пошло наперекосяк.
Аттила Краснахоркаи из института ядерных исследований венгерской академии наук, заметил, что во время распада атома бериллия 8, испускаемый свет содержал два вида частиц.
Первый представляет из себя электрон, а вторая - его двойника из анти материи. Согласно 4 базовым силам, чем сильнее свет, тем меньше угол между разлета двумя этими частицами, но независимо от того каким был свет, угол оставался на уровне 140 градусов, что довольно много и вообще невероятно, при этом, количество таких разлетающихся частиц только увеличилось, чего не должно быть. В следующий раз, то же самое произошло с атомом гелия, только угол составлял уже около 115 градусов. Ни одна из существующих базовых частиц, не может быть ответственна за такое большое отклонение, ведь масса присутствующей частицы была очень уникальна: 17 МэВ, что как минимум в 32,7 раз больше чем довольно крупный электрон. Ученые дали ей предварительное название: x-17.
Как считает Джонатан Фенг, из калифорнийского университета, вырывания x-17 по-разному взаимодействуют с разными частицами атомного ядра.
Частица избегает и крайне редко взаимодействует с положительно заряженными протонами, и охотно сталкивается с нейтральными нейтронам, и при этом, x-17 проявляет себя между частицами исключительно тогда, когда между ними расстояние в 12 раз больше размера протона. Этим как раз таки объясняется большой угол при излучении света, сопровождающего распад атома. Только до звания настоящей пятой силы, частице x-17 еще потребуется пройти ряд исследований. Если же ее статус фундаментальной частицы подтвердится, то скорее всего, новый бозон позволит раз и навсегда поставить точку в самом загадочном вопросе в научном мире - темной материи. Практически единственной субстанции, неподдающийся никаким объяснением, из которой состоит 26,8 процента всей нашей вселенной.