Это самый важный квартет в науке. Насколько кто-либо смог доказать, Вселенная управляется четырьмя «фундаментальными силами» - гравитацией, электромагнетизмом, сильным взаимодействием и слабым взаимодействием. Может быть, они не одни. Сообщается, что в 2015 году венгерская команда под руководством физика Аттилы Краснахоркая обнаружила новые доказательства существования пятой фундаментальной силы, ранее неизвестной науке.
Группа загрузила еще одну статью на эту тему в arXiv (исследовательская база данных) 23 октября 2019 года. Хотя многие ученые скептически относятся к этим выводам, исследование дает нам возможность поговорить об основных силах, которыми мы все считать само собой разумеющимся.
Великолепная четверка
Фундаментальные силы нередуцируемы, то есть их нельзя разбить на другие, более фундаментальные силы. Это основные явления, лежащие в основе любого другого известного типа физического взаимодействия. Например, трение, натяжение и упругость происходят из электромагнетизма.
А что это, спросите вы? Электромагнетизм - это сила, которая воздействует на все положительно и отрицательно заряженные частицы. Те, у кого противоположные заряды, притягиваются, а те, у кого одинаковые заряды, отталкиваются друг от друга. Этот принцип не только удерживает магниты на вашем холодильнике, но и является причиной того, что твердые предметы способны сохранять свою форму.
По сравнению с электромагнетизмом гравитация довольно слаба. Удивительно, но на самом деле это самый слабый из четырех фундаментальных принципов, включая так называемое «слабое взаимодействие». (Мы вернемся к этому чуть позже.) А пока давайте обратимся к мощной силе с подходящим названием. Это то, что удерживает атомные ядра вместе, даже несмотря на их заряженные протоны, которые постоянно пытаются вырваться.
И последнее, но не менее важное: слабое взаимодействие (также известное как «слабое взаимодействие»). Преобразуя частицы, он облегчает радиометрическое датирование - процесс, который ученые используют для определения возраста окаменелостей и артефактов. О, а вы знали, что солнце питает слабое взаимодействие? Это очень важно.
Понимание всего этого
Ученые разработали теорию, которая хорошо описывает три из этих сил. Известная как Стандартная модель физики, она состоит из различных измерений и математических формул. Он также разбивает элементарные частицы на категории и подкатегории.
«Стандартная модель (СМ) физики - это существующая структура для описания субатомного мира при всех энергиях», - говорит физик Массачусетского технологического института Ричард Милнер в электронном письме. «Он был разработан после Второй мировой войны, и я насчитал как минимум 18 Нобелевских премий по физике с 1950 года, которые были присуждены за вклад в его разработку».
Как и все хорошие теории, Стандартная модель точно предсказала многочисленные научные прорывы, включая открытие неуловимой частицы бозона Хиггса 4 июля 2012 года.
Но это не отвечает на все вопросы. Стандартная модель не предлагает объяснения гравитации и не приблизила ученых к пониманию темной материи, загадочного компонента, составляющего около 27 процентов нашей Вселенной.
Охота за частицей X17
Вот тут-то и появляются Краснахоркай и компания. Во время эксперимента 2015 года в Институте ядерных исследований Венгерской академии наук они наблюдали распад возбужденных атомов бериллия-8 внутри ускорителя частиц. Обычно в ходе этого процесса высвобождается свет, который позже преобразуется в электроны и позитроны (тип субатомных частиц с положительным зарядом).
Конечно, так и случилось. Но потом все стало интересно. Обычно бериллий-8 распадается предсказуемым образом, однако странно большое количество этих электронов и позитронов отталкиваются друг от друга под углом 140 градусов.
Чтобы объяснить избыток, команда Краснахоркая утверждала, что при распаде атомов образовалась невиданная ранее частица. По их расчетам, это теоретическое субатомное тело должно иметь массу около 17 миллионов электрон-вольт. Они пошли дальше и назвали ее частицей «X17».
Теперь X17 снова в новостях. Недавно те же венгерские ученые обнаружили аномалию в распадающихся образцах гелия-4. Согласно их статье arXiv, был высвобожден непредвиденный избыток позитронов и электронов - возможно, из-за того, что была создана еще одна частица X17.
Если эта загадочная частица существует, это может быть что-то особенное. Может быть - только может быть - это новооткрытый бозон-носитель.
Дело не закрыто
Бозоны - это вращающиеся частицы, у которых, вероятно, отсутствует внутренняя структура. Известно, что они несут силы, что делает их неотъемлемой частью Стандартной модели.
В Стандартной модели, объясняет Милнер, «силы возникают в результате обмена «носителями» бозонов» между другими субатомными частицами. Говорят, что каждой из четырех фундаментальных сил соответствует свой бозон. Тот, который переносит гравитацию, еще не найден, но бозоны-носители, связанные с сильным взаимодействием, слабым взаимодействием и электромагнетизмом, хорошо задокументированы.
Предположительно, X17 будет бозоном-носителем пятой фундаментальной силы, о существовании которой мы никогда не знали. И, возможно, указанная сила каким-то образом связана с темной материей.
Но мы забегаем вперед. Видите ли, нет веских доказательств того, что X17 вообще существует. Европейская организация ядерных исследований, более известная как ЦЕРН, еще не нашла никаких следов частицы. И новая статья arXiv все еще ожидает рецензирования от других ученых.
«Независимые группы должны провести эксперименты, чтобы установить существование X17. Венгерский эксперимент следует повторить», - пишет Мильнер. Он и его коллеги разработали предложение попытаться генерировать частицы X17 в «эксперименте по рассеянию» в Национальном ускорителе Томаса Джефферсона в Ньюпорт-Ньюс, штат Вирджиния.
В настоящее время Стандартная модель не учитывает никаких новых фундаментальных сил. Так что, если X17 и якобы несущая в себе «пятая сила» реальны, нам придется модифицировать старый добрый SM. Во всяком случае, ясно, что субатомный мир по-прежнему полон тайн.
Вот это смешно
В День дурака 2018 года ЦЕРН объявил об открытии (вымышленной) частицы «Шалтай-Болтай». В фальшивом пресс-релизе источник заявил: «Нам потребовалось некоторое время, чтобы расшифровать данные, но, как ни крути, мы их взломали. Этого результата было не так-то легко достичь. переманивание данных."