To najważniejszy kwartet naukowy. O ile ktokolwiek był w stanie udowodnić, wszechświatem rządzą cztery „podstawowe siły” - grawitacja , elektromagnetyzm, siła silna i siła słaba. Może nie są sami. W 2015 roku węgierski zespół kierowany przez fizyka Attilę Krasznahorkaya odkrył podobno nowe dowody na istnienie piątej siły podstawowej - czegoś wcześniej nieznanego nauce.
Grupa przesłała kolejny artykuł na ten temat do arXiv (badawczej bazy danych) 23 października 2019 r. Chociaż wielu naukowców jest sceptycznie nastawionych do tych odkryć, badania dają nam okazję do omówienia głównych sił, które wszyscy uważamy za oczywiste.
The Fab Four
Siły podstawowe są nieredukowalne, co oznacza, że nie można ich podzielić na inne, bardziej podstawowe siły. Są to podstawowe zjawiska stojące za każdym innym znanym rodzajem interakcji fizycznych. Na przykład tarcie, napięcie i elastyczność wywodzą się z elektromagnetyzmu .
A co to jest, pytasz? Elektromagnetyzm to siła, która oddziałuje na wszystkie dodatnio i ujemnie naładowane cząstki . Te z przeciwnymi ładunkami przyciągają się, podczas gdy te niosące „podobne” ładunki odpychają się nawzajem. Ta zasada nie tylko utrzymuje magnesy na lodówce, ale jest także powodem, dla którego ciała stałe mogą zachować swój kształt.
W porównaniu z elektromagnetyzmem grawitacja jest raczej słaba. Zaskakujące jest to, że w rzeczywistości jest to najsłabsza z czterech podstaw - w tym tak zwana „słaba siła”. (Dojdziemy do tego za chwilę.) Na razie przejdźmy do odpowiednio nazwanej silnej siły . To właśnie utrzymuje razem jądra atomowe, nawet pomimo ich naładowanych protonów, które nieustannie próbują uciec.
Wreszcie, jest słaba siła (inaczej: „słaba interakcja”). Przekształcając cząstki, ułatwia datowanie radiometryczne, proces używany przez naukowców do określania wieku skamieniałości i artefaktów. Aha, i czy wiesz, że słaba siła zasila słońce ? To trochę wielka sprawa.
Zrozumieć to wszystko
Naukowcy mają teorię, która ładnie opisuje trzy z tych sił. Znany jako Standardowy Model fizyki, składa się z różnych pomiarów i wzorów matematycznych. Rozkłada również cząstki elementarne na kategorie i podkategorie.
„Model standardowy (SM) fizyki to obecne ramy opisu świata subatomowego przy wszystkich energiach” - mówi fizyk z MIT, Richard Milner w e-mailu. „Został opracowany po II wojnie światowej i liczę co najmniej 18 Nagród Nobla w dziedzinie fizyki od 1950 roku, które zostały przyznane za wkład w jego rozwój”.
Podobnie jak wszystkie dobre teorie, Model Standardowy dokładnie przewidział liczne przełomy naukowe, w tym odkrycie nieuchwytnej cząstki bozonu Higgsa 4 lipca 2012 r.
Jednak nie odpowiada na każde pytanie. Model Standardowy nie oferuje wyjaśnienia grawitacji i nie przybliżył naukowców bliżej zrozumienia ciemnej materii , tajemniczego składnika, który stanowi około 27 procent naszego wszechświata.
Polowanie na cząstkę X17
Tutaj wkracza Krasznahorkay i jego firma. Podczas eksperymentu przeprowadzonego w 2015 roku w Instytucie Badań Jądrowych Węgierskiej Akademii Nauk obserwowali rozpad podekscytowanych atomów berylu-8 w akceleratorze cząstek . Zwykle proces ten uwalnia światło - które jest później przekształcane w elektrony i pozytony (rodzaj cząstki subatomowej z ładunkiem dodatnim).
I rzeczywiście, tak się stało. Ale potem zrobiło się ciekawie. Zwykle beryl-8 rozpada się w przewidywalny sposób, ale dziwnie duża liczba tych elektronów i pozytonów odpychała się pod kątem 140 stopni.
Aby wyjaśnić tę nadwyżkę, zespół Krasznahorkaya argumentował, że podczas rozpadu atomów powstała nigdy wcześniej nie widziana cząstka. Według ich obliczeń to teoretyczne ciało subatomowe miałoby masę około 17 milionów elektronowoltów. Poszli dalej i nazwali ją cząstką „ X17” .
Teraz X17 po raz kolejny podaje wiadomości. Niedawno ci sami węgierscy naukowcy wykryli anomalię w rozkładających się próbkach helu-4. Według ich artykułu arXiv, nieprzewidziana nadwyżka pozytonów i elektronów została uwolniona - prawdopodobnie dlatego, że powstała kolejna cząstka X17.
Jeśli ta tajemnicza cząstka istnieje, może to być coś bardzo wyjątkowego. Może - tylko może - to nowo odkryty bozon nośny.
Sprawa nie zamknięta
Bozony to wirujące cząsteczki, którym prawdopodobnie brakuje wewnętrznej struktury . Wiadomo, że przenoszą siły, co czyni je integralną częścią Modelu Standardowego.
Milner wyjaśnia, że w ramach Modelu Standardowego „siły zachodzą poprzez wymianę bozonów„ nośnikowych ”” między innymi cząstkami subatomowymi. Mówi się, że każda z czterech podstawowych sił ma swój własny odpowiadający sobie bozon . Nie znaleziono jeszcze tego, który przenosi grawitację, ale bozony-nośniki związane z silną siłą, słabą siłą i elektromagnetyzmem są dobrze udokumentowane.
Przypuszczalnie X17 byłby bozonem nośnym dla piątej podstawowej siły, o której istnieniu nigdy nie wiedzieliśmy. Być może wspomniana siła jest w jakiś sposób związana z ciemną materią.
Ale wyprzedzamy siebie. Widzisz, nie ma twardego dowodu na to, że X17 istnieje w pierwszej kolejności. Europejska Organizacja Badań Jądrowych - lepiej znana jako CERN - nie znalazła jeszcze żadnego śladu cząstki. Nowy artykuł arXiv wciąż oczekuje na wzajemną recenzję ze strony innych naukowców.
„Niezależne grupy muszą przeprowadzić eksperymenty, aby ustalić istnienie X17. Węgierski eksperyment należy powtórzyć” - pisze Milner. On i jego koledzy opracowali propozycję próby wygenerowania cząstek X17 w „eksperymencie rozpraszania” w ośrodku Thomas Jefferson National Accelerator w Newport News w Wirginii.
Obecnie Model Standardowy nie uwzględnia żadnych nowych podstawowych sił. Więc jeśli X17 i „piąta siła”, którą rzekomo przenosi, są prawdziwe, będziemy musieli zmodyfikować stary dobry SM. W każdym razie jasne jest, że świat subatomowy wciąż jest pełen tajemnic.
To zabawne
W prima aprilis, 2018, CERN ogłosił odkrycie (fikcyjnej) cząstki "Humpty Dumpty" . W fałszywym komunikacie prasowym źródło twierdziło: „Rozszyfrowanie danych zajęło nam trochę czasu, ale po słonecznej stronie je złamaliśmy. Wynik nie był łatwy do osiągnięcia ... W pewnym momencie nadepnęliśmy na skorupki jaj, aby zapobiec inne formy współpracy związane z przechwytywaniem danych ”.
