От известно време физиците разбират, че всички известни явления във Вселената се управляват от четири основни сили. Те включват слаба ядрена сила, силна ядрена сила, електромагнетизъм и гравитация. Докато първите три сили на всички са част от Стандартния модел на физиката на частиците и могат да бъдат обяснени чрез квантовата механика, нашето разбиране за гравитацията зависи от теорията на относителността на Айнщайн.
Разбирането на това как тези четири сили се съединяват е целта на теоретичната физика в продължение на десетилетия, което от своя страна е довело до разработването на множество теории, които се опитват да ги съгласуват (т.е. теория на супер струните, квантова гравитация, велика обединена теория и т.н.). Усилията им обаче могат да бъдат сложни (или подпомогнати) благодарение на нови изследвания, които предполагат, че може да има само пета сила в работата.
В статия, която наскоро беше публикувана в списанието Писма за физически преглед, изследователски екип от Калифорнийския университет, Ървайн обяснява как последните експерименти с физика на частиците може да дадат доказателства за нов тип бозон. Този бозон очевидно не се държи както другите бозони и може да е индикация, че там има още една сила на природата, която управлява фундаменталните взаимодействия.
Както казва Джонатан Фън, професор по физика и астрономия в UCI и един от водещите автори на статията:
„Ако е вярно, това е революционно. От десетилетия ние познаваме четири основни сили: гравитацията, електромагнетизма и силните и слабите ядрени сили. Ако бъде потвърдено от допълнителни експерименти, това откриване на възможна пета сила би променило напълно нашето разбиране за Вселената, с последствия за обединението на силите и тъмната материя. "
Усилията, довели до това потенциално откритие, започнаха през 2015 г., когато екипът на UCI попадна на проучване от група експериментални ядрени физици от Института за ядрени изследвания на Унгарската академия на науките. По онова време тези физици разглеждаха радиоактивна аномалия на разпад, която загатваше за съществуването на лека частица, която е 30 пъти по-тежка от електрон.
В документ, описващ техните изследвания, водещият изследовател Атила Краснахорка и неговите колеги твърдят, че това, което те наблюдават, може да бъде създаването на „тъмни фотони“. Накратко, те вярваха, че най-накрая могат да намерят доказателства за Тъмната материя, мистериозната, невидима маса, която представлява около 85% от масата на Вселената.
Този доклад беше до голяма степен пренебрегнат по онова време, но получи широко внимание по-рано тази година, когато проф. Фън и неговият изследователски екип го откриха и започнаха да оценяват неговите заключения. Но след като проучиха резултатите на унгарските екипи и ги сравниха с предишни експерименти, те заключиха, че експерименталните доказателства не подкрепят съществуването на тъмни фотони.
Вместо това те предложиха откритието да показва възможното присъствие на пета основна сила на природата. Тези констатации бяха публикувани в arXiv през април, последвано от документ, озаглавен „Модели на физика на частиците за аномалията от 17 MeV в ядрените разложения на Берилий“, който беше публикуван в PRL миналия петък.
По същество екипът на UCI твърди, че вместо тъмен фотон това, на което унгарският изследователски екип може да е свидетел, е създаването на неоткрит досега бозон - който те нарекоха „протофобичен X бозон“. Докато други бозони взаимодействат с електрони и протони, този хипотетичен бозон взаимодейства само с електрони и неутрони и то само в изключително ограничен обхват.
Смята се, че това ограничено взаимодействие е причината, поради която частицата е останала неизвестна досега и защо към наименованието са добавени прилагателните „фотобик“ и „X“. „Няма друг бозон, който ние наблюдавахме, да има същата характеристика“, казва Тимоти Тайт, професор по физика и астрономия в UCI и съавтор на статията. „Понякога просто го наричаме„ X бозон “, където„ X “означава неизвестно.“
Ако такава частица съществува, възможностите за изследователски пробив могат да бъдат безкрайни. Фън се надява, че тя може да бъде съединена с трите други сили, управляващи взаимодействието на частиците (електромагнитни, силни и слаби ядрени сили) като по-голяма, по-основна сила. Фън също спекулира, че това възможно откритие може да посочи съществуването на „тъмен сектор“ на нашата Вселена, който се управлява от собствената материя и сили.
„Възможно е тези два сектора да разговарят помежду си и да си взаимодействат един с друг чрез някак забулени, но фундаментални взаимодействия“, каза той. „Тази тъмна сектор може да се прояви като тази прототопна сила, която виждаме в резултат на унгарския експеримент. В по-широк смисъл той се вписва в нашите оригинални изследвания, за да разберем природата на тъмната материя. "
Ако това трябва да се окаже, тогава физиците може би са по-близо до измислянето на съществуването на тъмна материя (а може би дори и на тъмна енергия), две от най-големите мистерии в съвременната астрофизика. Нещо повече, това би могло да помогне на изследователите в търсенето на физика извън стандартния модел - нещо, с което изследователите в ЦЕРН са били заети от откриването на Хигс Босън през 2012 г.
Но както отбелязва Фън, трябва да потвърдим съществуването на тази частица чрез допълнителни експерименти, преди да се вълнуваме от нейните последици:
„Частицата не е много тежка и лабораториите разполагат с необходимата енергия, за да я направят от 50-те и 60-те. Но причината, поради която е трудно да се намери, е, че взаимодействията му са много слаби. Това каза, тъй като новата частица е толкова лека, има много експериментални групи, които работят в малки лаборатории по света, които могат да проследят първоначалните твърдения, сега, когато знаят къде да търсят. "
Както последният случай, свързан с ЦЕРН - където екипите на LHC бяха принудени да обявят, че имат не откри две нови частици - демонстрира, важно е да не броим пилетата си преди да бъдат вкоренени. Както винаги, предпазливият оптимизъм е най-добрият подход за потенциални нови открития.
