В физике мы знаем о четырех фундаментальных силах, которые объясняют наши взаимодействия с окружающим миром. Исследования могут приблизить нас к тому, чтобы назвать еще одну. Но что все это значит?
Четыре фундаментальные силы
- Гравитация - самая слабая из четырех сил.
- Сильная сила(взаимодействие) удерживает атомные ядра вместе. Однако она действует только в диапазоне фемтометра или примерно размером с одно из этих ядер.
- Слабая сила(взаимодействие), которая все еще в 1 миллион раз сильнее гравитации, ответственна за радиоактивный распад атомов.
- Электромагнитная сила управляет способностью зарядов притягивать и отталкивать друг друга.
Каждая сила передается элементарной частицей, называемой бозоном, что делает ее присутствие известным. Для электромагнитной силы этой так называемой частицей-носителем силы является частица света, называемая фотоном. Глюоны - это частицы-носители силы, которые "склеивают" ядра с помощью сильной силы. Слабая сила имеет две известные частицы-носителя, называемые W и Z-бозонами.
Стандартная модель, или теория, которая собирает все эти частицы вместе, чтобы объяснить, как материя и четыре фундаментальные силы взаимодействуют, хорошо работает, чтобы объяснить большую часть нашей Вселенной, как мы ее наблюдаем. Теория была строго испытана и поддержана множеством наблюдений, но все еще есть несколько недостающих частей, необходимых для того, чтобы сделать эту головоломку полной. Для начала, гравитон, несущая частица для гравитации, является чисто теоретической. До сих пор его не нашли. Стандартная модель также не объясняет темную материю, вещество, которое составляет 27% Вселенной.
Теоретики предложили дополнения к Стандартной модели, такие как существование того, что они называют "темными фотонами", экзотическими частицами, которые могут действовать в качестве частиц-носителей для новой силы, которая воздействует только на темную материю.
Пятая сила дежа вю
Вот как это работает. Количество протонов в атомном ядре определяет, какой элемент у вас есть, и каждый элемент, как правило, имеет стандартное количество нейтронов. Но иногда атом может потерять несколько нейтронов или иметь несколько лишних. Эти нейтронно-тяжелые атомы, называемые изотопами, могут быть нестабильными, что означает, что они легко распадаются обратно в более стабильную форму элемента со стандартным количеством нейтронов. В этом распаде процесс, они имеют тенденцию испускать другие частицы.
Поэтому в венгерской лаборатории ученые создали нестабильные ядра так, что эти ядра затем распадались, потенциально формируя в процессе новые частицы. Еще в 2016 году они создали ядра бериллия-8 - ядра бериллия, которые представляют собой короткие нейтроны - с ускорителем протонов, направляя высокоскоростные протоны в тонкий слой лития-7. Нестабильный бериллий-8 затем быстро распадается на электрон-позитронные пары.
Но они нашли больше этих пар, чем предсказывали, что наводит на мысль о том, что сначала создается еще одна загадочная частица, а затем эта частица распадается на эти лишние электрон-позитронные пары. Этот новый бозон, казалось бы, не тот темный фотон, который они искали - он не обладает нужными свойствами, но тем не менее, это была потенциальная новая частица.
Предполагая, что результат был реальным, а не из-за какой-то экспериментальной ошибки, частица имела массу только в 34 раза большую массу электрона и энергию 17 МэВ.
Поэтому ее назвали бозоном Х17.
Их сообщения о новой частице в основном игнорировались до тех пор, пока группа, базирующаяся в США, не сделала свой собственный анализ. Группа во главе с доктором Джонатаном Фенгом из Университета Калифорнии, Ирвин, предположила, что частица обладает всеми характеристиками частицы-носителя силы и, таким образом, может быть, по сути, свидетельством пятой силы. Возможно, что частица до сих пор не обнаружена, потому что она "протофобна" - она взаимодействует с нейтронами и игнорирует протоны, в противоположность тому, как действует нормальный фотон.
Еще свидетельство пятой силы?
В попытке найти частицу снова венгерские ученые в своем последнем эксперименте стреляли протонами в тритий, редкий изотоп водорода, чтобы сформировать ядра гелия-4, возбужденные до нестабильного состояния. Когда эти нестабильные ядра распадались, они снова увидели больше электрон-позитронных пар, чем предсказывалось Стандартной моделью, которая предполагала наличие бозона с энергией 17 МэВ.
Так это неопровержимое доказательство пятой силы?
Некоторые ученые все еще скептически настроены.
Ссылаясь на слова астронома Карла Сагана, экстраординарные утверждения, как правило, требуют экстраординарных доказательств.