Fyzici již nějakou dobu pochopili, že všechny známé jevy ve vesmíru se řídí čtyřmi základními silami. Patří sem slabá jaderná síla, silná jaderná síla, elektromagnetismus a gravitace. Zatímco první tři síly jsou součástí standardního modelu fyziky částic a lze je vysvětlit pomocí kvantové mechaniky, naše chápání gravitace závisí na Einsteinově teorii relativity.
Pochopení toho, jak tyto čtyři síly spolu zapadají, je cílem teoretické fyziky po celá desetiletí, což zase vedlo k vývoji mnoha teorií, které se je snaží smířit (tj. Super String Theory, Quantum Gravity, Grand Unified Theory atd.). Jejich úsilí však může být komplikované (nebo pomohlo) díky novému výzkumu, který naznačuje, že v práci může být jen pátá síla.
V novinách, které byly nedávno publikovány v časopise Dopisy fyzické kontroly, výzkumný tým z Kalifornské univerzity, Irvine vysvětluje, jak nedávné experimenty s fyzikou částic mohly přinést důkaz nového typu bosonu. Tento boson se zjevně nechová jako ostatní bosony a může to znamenat, že venku existuje další síla přírody, která řídí základní interakce.
Jak řekl Jonathan Feng, profesor fyziky a astronomie na UCI a jeden z hlavních autorů článku, řekl:
"Pokud je to pravda, je to revoluční." Po celá desetiletí známe čtyři základní síly: gravitaci, elektromagnetismus a silné a slabé jaderné síly. Pokud by to bylo potvrzeno dalšími experimenty, tento objev možné páté síly by zcela změnil naše chápání vesmíru s důsledky pro sjednocení sil a temné hmoty. “
Úsilí, které vedlo k tomuto potenciálnímu objevu, začalo již v roce 2015, kdy tým UCI narazil na studii skupiny experimentálních jaderných fyziků z Maďarského ústavu věd pro jaderný výzkum. V té době se tito fyzici dívali na radioaktivní rozpadovou anomálii, která naznačovala existenci lehké částice, která byla 30krát těžší než elektron.
V příspěvku popisujícím jejich výzkum vedoucí výzkumník Attila Krasznahorka a jeho kolegové tvrdili, že to, co pozorovali, by mohlo být vytvoření „temných fotonů“. Stručně řečeno, věřili, že konečně našli důkaz o tajemné, neviditelné hmotě Temné hmoty, která tvoří asi 85% hmoty vesmíru.
Tato zpráva byla v té době do značné míry přehlížena, ale začátkem tohoto roku si získala rozšířenou pozornost, když ji našel profesor Feng a jeho výzkumný tým a začali posuzovat její závěry. Po prostudování výsledků maďarských týmů a jejich porovnání s předchozími experimenty však dospěli k závěru, že experimentální důkazy nepodporují existenci temných fotonů.
Místo toho navrhli, aby objev mohl naznačovat možnou přítomnost páté základní přírodní síly. Tato zjištění byla zveřejněna v dubnu v arXiv, po kterém následoval dokument s názvem „Modely částicové fyziky pro 17 MeV Anomaly v Beryllium Nuclear Decays“, který byl publikován v PRL tento minulý pátek.
Tým UCI v zásadě tvrdí, že namísto temného fotonu to, čeho by maďarský výzkumný tým mohl svědčit, bylo vytvoření dříve neobjeveného bosonu - který nazvali „protofobický X boson“. Zatímco jiné bosony interagují s elektrony a protony, tento hypotetický boson interaguje pouze s elektrony a neutrony, a to pouze v extrémně omezeném rozsahu.
Tato omezená interakce je považována za důvod, proč částice zůstala dosud neznámá, a proč jsou ke jménu přidána přídavná jména „photobní“ a „X“. "Neexistuje žádný jiný boson, který bychom pozorovali a který má stejnou charakteristiku," řekl Timothy Tait, profesor fyziky a astronomie na UCI a spoluautor příspěvku. "Někdy to také nazýváme" boson X ", kde" X "znamená neznámý."
Pokud taková částice existuje, možnosti výzkumu by mohly být nekonečné. Feng doufá, že by mohl být spojen s dalšími třemi silami regulujícími interakce částic (elektromagnetické, silné a slabé jaderné síly) jako větší, fundamentálnější síla. Feng také spekuloval, že tento možný objev může poukazovat na existenci „temného sektoru“ našeho vesmíru, který se řídí jeho vlastní hmotou a silami.
"Je možné, že tyto dva sektory spolu komunikují a vzájemně spolu komunikují skrze poněkud zahalené, ale základní interakce," řekl. "Tato temná sektorová síla se může projevit jako tato protophopická síla, kterou vidíme v důsledku maďarského experimentu." V širším smyslu to zapadá do našeho původního výzkumu, abychom pochopili povahu temné hmoty. “
Pokud by se to mělo ukázat, pak by fyzikové byli blíže k vymýšlení existence temné hmoty (a možná i temné energie), dvou největších záhad moderní astrofyziky. A co víc, mohlo by to pomoci vědcům při hledání fyziky nad rámec standardního modelu - od objevu Higgsova bosona v roce 2012 se vědci v CERNu zabývají.
Ale jak poznamenává Feng, musíme potvrdit existenci této částice pomocí dalších experimentů, než se všichni nadchneme jejími důsledky:
"Částice není příliš těžká a laboratoře mají energii potřebnou k tomu, aby ji vyrobily od 50. a 60. let." Důvodem, proč bylo obtížné najít, je však to, že jeho interakce jsou velmi slabá. Vzhledem k tomu, že nová částice je tak lehká, existuje mnoho experimentálních skupin pracujících v malých laboratořích po celém světě, které mohou sledovat počáteční požadavky, nyní, když vědí, kam hledat. “
Jako poslední případ týkající se CERN - kde byly týmy LHC nuceny oznámit, že ano ne objevili dvě nové částice - ukazuje, že je důležité nepočítat naše kuřata před tím, než jsou hnát. Jako vždy je opatrný optimismus nejlepším přístupem k potenciálním novým poznatkům.
