Вселенная управляется четырьмя фундаментальными силами: гравитацией, электромагнетизмом и сильными и слабыми ядерными силами. Эти силы управляют движением и поведением всего, что мы видим вокруг. По крайней мере, так мы думаем. Но за последние несколько лет все больше свидетельств о пятой фундаментальной силе. Новое исследование не обнаружило эту пятую силу, но оно показывает, что мы все еще не полностью понимаем эти космические силы.
Основные силы являются частью стандартной модели физики элементарных частиц. Эта модель описывает все различные квантовые частицы, которые мы наблюдаем, такие как электроны, протоны, антивещество и тому подобное. Кварки, нейтрино и бозон Хиггса - все это часть модели.
Термин «сила» в модели немного неправильный. В стандартной модели каждая сила является результатом типа несущего бозона. Фотоны являются бозоном-носителем электромагнетизма. Глюоны - это бозоны-носители для сильных, а бозоны, известные как W и Z, - для слабых. Гравитация технически не является частью стандартной модели, но предполагается, что у квантовой гравитации есть бозон, известный как гравитон. Мы все еще не полностью понимаем квантовую гравитацию, но одна идея состоит в том, что гравитация может быть объединена со стандартной моделью для создания великой объединенной теории (ТВО).
Каждая частица, которую мы когда-либо обнаружили, является частью стандартной модели. Поведение этих частиц очень точно соответствует модели. Мы искали частицы за пределами стандартной модели, но до сих пор мы никогда не находили их. Стандартная модель - это триумф научного понимания. Это вершина квантовой физики.
Но мы начали понимать, что у него есть серьезные проблемы.
Начнем с того, что теперь мы знаем, что стандартная модель не может сочетаться с гравитацией так, как мы думали. В стандартной модели фундаментальные силы «объединяются» на более высоких энергетических уровнях. Электромагнетизм и слабое объединяются в электрослабое, а электрослабое объединяется с сильным, чтобы стать электроядерной силой. При чрезвычайно высоких энергиях электронно-ядерные и гравитационные силы должны объединиться. Эксперименты в физике элементарных частиц показали, что энергии объединения не совпадают.
Более проблематичным является вопрос темной материи. Темная материя была впервые предложена, чтобы объяснить, почему звезды и газ на внешней границе галактики движутся быстрее, чем предсказывает гравитация. Либо наша теория гравитации как-то неверна, либо в галактиках должна быть какая-то невидимая (темная) масса. За последние пятьдесят лет доказательства темной материи стали действительно убедительными. Мы наблюдали, как темная материя группирует галактики вместе, как она распределяется внутри определенных галактик и как она ведет себя. Мы знаем, что он не сильно взаимодействует с обычной материей или с самим собой, и он составляет большую часть массы в большинстве галактик.
Но в стандартной модели нет частиц, которые могли бы составить темную материю. Возможно, что темная материя может быть сделана из чего-то вроде маленьких черных дыр, но астрономические данные на самом деле не поддерживают эту идею. Темная материя, скорее всего, состоит из какой-то еще не обнаруженной частицы, которую стандартная модель не предсказывает.
Тогда есть темная энергия. Подробные наблюдения далеких галактик показывают, что вселенная расширяется с постоянно увеличивающейся скоростью. Кажется, что этот процесс движет какой-то энергией, и мы не понимаем, как. Возможно, это ускорение является результатом структуры пространства и времени, своего рода космологической постоянной, которая заставляет вселенную расширяться. Возможно, это вызвано некой новой силой, которую еще предстоит открыть. Какой бы ни была темная энергия, она составляет более двух третей вселенной.
Все это указывает на то, что стандартная модель в лучшем случае неполная. Есть вещи, которые мы в основном упускаем в том, как работает вселенная. Было предложено множество идей для исправления стандартной модели, от суперсимметрии до еще не открытых кварков, но одна идея заключается в том, что существует пятая фундаментальная сила. Эта сила будет иметь свой собственный бозон-носитель, а также новые частицы помимо тех, которые мы обнаружили.
Эта пятая сила также будет взаимодействовать с наблюдаемыми нами частицами тонкими способами, которые противоречат стандартной модели. Это подводит нас к новой статье, в которой утверждается, что есть доказательства такого взаимодействия.
В статье рассматривается аномалия распада ядер гелия-4, и она основывается на более ранних исследованиях распадов бериллия-8. Бериллий-8 имеет нестабильное ядро, которое распадается на два ядра гелия-4. В 2016 году команда обнаружила, что распад бериллия-8, кажется, слегка нарушает стандартную модель. Когда ядра находятся в возбужденном состоянии, они могут испускать электрон-позитронную пару при распаде. Число пар, наблюдаемых под большими углами, выше, чем предсказывает стандартная модель, и известно как аномалия Атомки.
Существует множество возможных объяснений аномалии, в том числе ошибка эксперимента, но одно из объяснений состоит в том, что она вызвана бозоном командой X17. Это был бы бозон-носитель для (пока неизвестной) пятой фундаментальной силы с массой 17 МэВ. В новой статье команда обнаружила аналогичное расхождение в распаде гелия-4. Частица X17 также может объяснить эту аномалию.
Хотя это звучит захватывающе, есть причина быть осторожным. Когда вы смотрите на детали новой статьи, происходит немного странная подстройка данных. По сути, команда предполагает, что X17 является точным и показывает, что данные могут быть сделаны в соответствии с их моделью. Показываю что модель Можно объяснить аномалии не то же самое, что доказать вашу модель делает объяснить аномалии. Возможны и другие объяснения. Если X17 существует, мы бы видели это и в других экспериментах с частицами, а мы не видели. Доказательства этой «пятой силы» действительно слабые.
Пятая сила может существовать, но мы еще не нашли ее. Что мы знаем, так это то, что стандартная модель не полностью складывается, и это означает, что некоторые очень интересные открытия ждут своего открытия.
Источник: Новое доказательство, подтверждающее существование гипотетической частицы X17, Kraznahorkay, A.J., et al.
Источник: Наблюдение аномального образования внутренних пар в 8: возможное указание на легкий нейтральный бозон, автор Kraznahorkay, A.J., et al.
