Это самый важный квартет в науке. Насколько удалось доказать, Вселенная управляется четырьмя «фундаментальными силами» - гравитацией , электромагнетизмом, сильным и слабым взаимодействием. Может, они не одни. Сообщается, что в 2015 году венгерская группа под руководством физика Аттилы Краснахоркай обнаружила новые доказательства существования пятой фундаментальной силы - чего-то ранее неизвестного науке.
Группа загрузила еще один документ по этому вопросу в arXiv (исследовательская база данных) 23 октября 2019 года. Хотя многие ученые скептически относятся к этим открытиям, исследование дает нам повод поговорить об основных силах, которые мы все воспринимаем как должное.
Великолепная четверка
Фундаментальные силы несводимы, то есть их нельзя разделить на другие, более базовые силы. Это основные явления, лежащие в основе любого другого известного типа физического взаимодействия. Например, трение, натяжение и эластичность происходят от электромагнетизма .
А что это, спросите вы? Электромагнетизм - это сила, которая воздействует на все положительно и отрицательно заряженные частицы . Те, у кого противоположные заряды, притягиваются, в то время как те, у кого «одинаковые» заряды, отталкивают друг друга. Этот принцип не только удерживает магниты на вашем холодильнике, но и является причиной того, что твердые предметы могут сохранять свою форму.
По сравнению с электромагнетизмом гравитация довольно слабая. Как ни странно, на самом деле это самый слабый из четырех основных принципов, включая так называемую «слабую силу». (Мы вернемся к этому чуть позже.) А пока давайте обратимся к соответственно названной сильной силе . Это то, что удерживает атомные ядра вместе, даже несмотря на заряженные протоны, которые постоянно пытаются убежать.
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, и знаете ли вы, что слабая сила питает солнце ? Вроде как большое дело.
Осмысление всего этого
У ученых есть теория, 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 настоящая основа для описания субатомного мира при всех энергиях», - пишет в электронном письме физик из Массачусетского технологического института Ричард Милнер. «Он был разработан после Второй мировой войны, и я считаю, что с 1950 года было присуждено не менее 18 Нобелевских премий по физике за вклад в его развитие».
Как и все хорошие теории, Стандартная модель точно предсказала многочисленные научные открытия, включая открытие неуловимой частицы бозона Хиггса 4 июля 2012 года.
Тем не менее, он отвечает не на все вопросы. Стандартная модель не предлагает объяснения гравитации и не приблизила ученых к пониманию темной материи , загадочного ингредиента, составляющего около 27 процентов нашей Вселенной.
Охота за частицами X17
Вот где появляются Краснахоркай и компания. Во время эксперимента 2015 года в Институте ядерных исследований Венгерской академии наук они наблюдали, как возбужденные атомы бериллия-8 распадаются внутри ускорителя частиц . Обычно этот процесс высвобождает свет, который позже превращается в электроны и позитроны (тип субатомной частицы с положительным зарядом).
Конечно, вот что произошло. Но потом все стало интересно. Обычно бериллий-8 распадается предсказуемым образом, но странно большое количество этих электронов и позитронов отталкивается друг от друга под углом 140 градусов.
Чтобы объяснить избыток, команда Краснахоркая утверждала, что в процессе распада атомов образовалась невиданная ранее частица. По их расчетам, это теоретическое субатомное тело должно было иметь массу около 17 миллионов электронвольт. Они пошли дальше и назвали его частица " X17" .
Теперь X17 снова в новостях. Недавно те же венгерские ученые обнаружили аномалию в разлагающихся образцах гелия-4. Согласно их статье arXiv, был выпущен непредвиденный избыток позитронов и электронов - возможно, потому, что была создана другая частица X17.
Если эта загадочная частица существует, это может быть что-то особенное. Может быть - просто возможно - это новый 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.
Согласно Стандартной модели, объясняет Милнер, «силы возникают за счет обмена бозонами-носителями» 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 даже не подозревали. И, возможно, указанная сила как-то связана с темной материей.
Но мы забегаем вперед. Видите ли, нет никаких убедительных доказательств того, что X17 вообще существует. Европейская организация ядерных исследований - более известные как CERN - до сих пор не нашла никаких следов частицы. И новая статья arXiv все еще ожидает экспертной оценки других ученых.
«Независимые группы должны провести эксперименты, чтобы установить существование X17. Венгерский эксперимент следует повторить», - пишет Милнер. Он и его коллеги разработали предложение попытаться сгенерировать частицы X17 в «эксперименте по рассеянию» в Национальном ускорителе Томаса Джефферсона в Ньюпорт-Ньюсе, штат Вирджиния.
В настоящее время Стандартная модель не учитывает какие-либо новые фундаментальные силы. Так что если X17 и «пятая сила», которую он якобы несет, реальны, нам придется модифицировать старый добрый SM. В любом случае ясно, что субатомный мир по-прежнему полон секретов.
Вот это смешно
В День дурака 2018 года ЦЕРН объявил об открытии (вымышленной) частицы "Шалтай-Болтай" . В фальшивом пресс-релизе источник утверждал: «Нам потребовалось некоторое время, чтобы расшифровать данные, но мы взломали их. Этого результата было нелегко достичь ... другое сотрудничество от переманивания данных ".
