Эксперты приблизились к потенциальному определению новой силы после неожиданного колебания субатомной частицы.
Физики обнаружили, что неожиданное колебание субатомной частицы дало толчок развитию заманчивой теории о возможности существования пятой силы в природе.
Согласно современным представлениям, в природе существует четыре фундаментальные силы, три из которых - электромагнитные силы, а также сильные и слабые ядерные силы - объясняются стандартной моделью физики частиц. Однако эта модель не объясняет другую известную фундаментальную силу - гравитацию, а также темную материю - странную и загадочную субстанцию, которая, как считается, составляет около 27% Вселенной. Теперь исследователи заявили, что может существовать еще одна, пятая, фундаментальная сила природы.
Доктор Митеш Патель (Mitesh Patel) из Имперского колледжа Лондона сказал: "Мы говорим о пятой силе, потому что не всегда можем объяснить поведение [в этих экспериментах] с помощью четырех, о которых мы знаем". Данные получены в ходе экспериментов на американском ускорителе частиц Fermilab. В них изучалось, как субатомные частицы, называемые мюонами - похожие на электроны, но примерно в 200 раз тяжелее - движутся в магнитном поле.
По словам Пателя, мюоны ведут себя подобно детскому волчку, вращаясь вокруг оси магнитного поля. Однако при движении мюоны колеблются. Частота этих колебаний может быть предсказана стандартной моделью. Не смотря на это, экспериментальные результаты, полученные в лаборатории FermiLab, похоже, не соответствуют этим предсказаниям.
Профессор Джон Баттерворт из Университетского колледжа Лондона, работающий в эксперименте Atlas на Большом адронном коллайдере (БАК) в Керне, сказал: "Колебания обусловлены тем, как мюон взаимодействует с магнитным полем. Они могут быть очень точно рассчитаны в рамках стандартной модели, но этот расчет включает в себя квантовые петли, в которых появляются известные частицы. "Если измерения не совпадают с предсказаниями, это может быть признаком того, что в петлях появляется какая-то неизвестная частица, которая может быть, например, носителем пятой силы".
Полученные результаты являются продолжением предыдущей работы лаборатории FermiLab, в которой были получены аналогичные результаты. Патель отметил, что между первыми результатами и новыми данными увеличилась неопределенность в теоретическом предсказании частоты. Это, по его мнению, может изменить ситуацию. "Возможно, то, что они видят, является стандартным научным мышлением - так называемой стандартной моделью", - сказал Патель.
Есть и другие проблемы. Баттерворт подчеркнул: "Если расхождение подтвердится, мы будем уверены, что существует нечто новое и интересное, но не будем уверены, что именно. В идеале расхождение должно послужить основой для новых теоретических идей, которые приведут к новым предсказаниям - например, как мы можем найти частицу, несущую новую силу. Окончательным подтверждением будет построение эксперимента для непосредственного обнаружения этой частицы".
Эксперименты в Фермилабе - не единственные, позволяющие предположить возможность существования пятой силы: работы на БАК также привели к обнадеживающим результатам, хотя и в рамках другого типа эксперимента, в котором изучалась скорость образования мюонов и электронов при распаде некоторых частиц. Но Патель, работавший над экспериментами на БАК, говорит, что теперь эти результаты менее согласованы. "Это разные эксперименты, измеряющие разные вещи, и связи между ними может и не быть", - сказал он.
Баттерворт добавил, что неожиданная частота колебаний мюонов является одним из самых давних и наиболее значительных расхождений между измерениями и стандартной моделью. "Измерения - это большое достижение, и сейчас очень маловероятно, что они ошибочны", - сказал он. "Так что если с предсказаниями теории удастся разобраться, то это действительно может стать первым подтвержденным свидетельством существования пятой силы - или чего-то другого, странного и выходящего за рамки стандартной модели".