Физики проверяют сообщение об открытии пятого взаимодействия во Вселенной

Четыре фундаментальные силы действуют в нашем мире: гравитационная и электромагнитная силы на макроуровне, сильное и слабое взаимодействия наблюдаются на уровне элементарных частиц. Физикам пока хватает этих четырех сил, которые объясняют все вокруг. Беспокоит только то, что видимая материя составляет не более 5% от всей материи Вселенной, остальная же часть скрыта от наших органов чувств. Ученые называют эту неощутимую нами часть Вселенной — темной материей и темной энергией.

Стандартная модель — теоретическая конструкция в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Стандартная модель не является теорией всего, так как не описывает тёмную материю, тёмную энергию и не включает в себя гравитацию. Экспериментальное подтверждение существования промежуточных векторных бозонов в середине 80-х годов завершило построение Стандартной модели и её принятие как основной. Необходимость незначительного расширения модели возникла в 2002 году после обнаружения нейтринных осцилляций, а подтверждение существования бозона Хиггса в 2012 году завершило экспериментальное обнаружение предсказываемых Стандартной моделью элементарных частиц. Всего модель описывает 61 частицу.
Фото: Сайт Popular Mechanics

Считается, что единственная сила, которая воздействует на темную материю — это гравитационная, но следов этого взаимодействия пока не найдено. Отсутствие взаимодействия с темной материей не смущает ученых, они продолжают его искать, и потенциально готовы к открытиям в этой области, в том числе к открытию нового фундаментального взаимодействия.

В прошлом году физик Аттила Кразнахорский (Attila Krasznahorkay) с коллегами из Института ядерных исследований Венгерской академии наук (Дебрецен) опубликовали в базе препринтов ArXiv статью, где сделали вывод об открытии ими пятого взаимодействия. В январе их статья об этом вышла в журнале Physical Review Letters. Обе публикации не были замечены научным сообществом, за исключением группы физиков-теоретиков под руководством Джонотана Фенга (Jonathan Feng) из Университета Калифорнии (Ирвин, США), которые решили проверить результаты венгерских коллег. Фенг с соавторами внимательно изучили расчеты венгерской группы и объявили, что эта новая сила, кажется, не нарушает какие-либо законы природы. Фенг опубликовал статью о проверке тоже в arXiv.

Венгерские ученые искали «темный фотон» — частицу света темной материи. Они бомбардировали кусок лития-7 протонами, в результате чего протоны превращались в нестабильное ядро бериллия-8, которое распадалось на пару электронов и позитронов (аналогов электронов в антиматерии). Когда протоны ударялись об литий под углом 140 градусов, то обратно вылетало значительно больше пар электронов и позитронов, чем предполагали расчеты, основанные на стандартной модели.

Авторы эксперимента решили, что эти лишние частицы могут быть проявлением новой частицы — в 34 раза тяжелее, чем электрон. Возможно, это и есть темный фотон. Фенг с соавторами полагают, что аномалия, наблюдаемая венгерскими учеными, демонстрирует не темный фотон, а проявление пятого взаимодействия.

Сейчас сразу несколько научных групп — из Национальной лаборатории Джефферсона в США, MIT, ЦЕРН — взялись повторить эксперимент и проверить выводы Кразнахорского и Фенга.

Права на данный материал принадлежат scientificrussia.ru