Эксперты приближаются к потенциальному выявлению новой силы после неожиданного колебания субатомной частицы
Физики выяснили, что заманчивая теория о возможном существовании пятой силы природы получила толчок благодаря неожиданному колебанию субатомной частицы.
Согласно современным представлениям, в природе существуют четыре фундаментальные силы, три из которых – электромагнитное взаимодействие и сильное и слабое ядерные взаимодействия – объясняются стандартной моделью физики элементарных частиц.
Однако модель не объясняет другую известную фундаментальную силу, гравитацию или темную материю – странную и загадочную субстанцию, которая, как считается, составляет около 27% Вселенной.
Теперь исследователи заявили, что может существовать еще одна, пятая, фундаментальная сила природы.
Доктор Митеш Патель из Имперского колледжа Лондона сказал: «Мы говорим о пятой силе, потому что мы не обязательно можем объяснить поведение [в этих экспериментах] четырьмя известными нам силами».
Данные получены в результате экспериментов на американском ускорителе частиц Fermilab, в ходе которых изучалось, как субатомные частицы, называемые мюонами – похожие на электроны, но примерно в 200 раз тяжелее – движутся в магнитном поле.
Патель говорит, что мюоны ведут себя немного как детский волчок, вращаясь вокруг оси магнитного поля. Однако, когда мюоны движутся, они колеблются. Частоту этого колебания можно предсказать с помощью стандартной модели.
Но экспериментальные результаты, полученные в лаборатории Fermilab, по-видимому, не соответствуют этим предсказаниям.
Профессор Джон Баттерворт из Университетского колледжа Лондона, который работает над экспериментом Atlas на Большом адронном коллайдере (БАК) в Церне, сказал: «Колебания происходят из-за того, как мюон взаимодействует с магнитным полем. Они могут быть очень точно рассчитаны в стандартной модели, но этот расчет включает квантовые петли, в которых появляются известные частицы».
«Если измерения не совпадают с предсказанием, это может быть признаком того, что в петлях появляется какая–то неизвестная частица, которая может, например, быть носителем пятой силы».
Полученные результаты соответствуют предыдущей работе FermiLab, которая показала аналогичные результаты.
Но Патель сказал, что была «ложка дегтя в бочке меда», отметив, что между первыми результатами и новыми данными возросла неопределенность в отношении теоретического прогноза частоты.
Это, по его словам, могло бы изменить ситуацию. «Возможно, то, что они видят, является стандартным научным мышлением – так называемой стандартной моделью», — сказал Патель.
Есть и другие проблемы. Баттерворт сказал: «Если несоответствие подтвердится, мы будем уверены, что есть что-то новое и захватывающее, но мы не будем точно уверены, что это такое».
«В идеале это несоответствие послужило бы основой для новых теоретических идей, которые привели бы к новым предсказаниям – например, о том, как мы могли бы найти частицу, несущую новую силу, если это то, что это такое. Окончательным подтверждением тогда было бы проведение эксперимента по непосредственному обнаружению этой частицы».
Эксперименты в Fermilab — не единственные, которые предполагают возможность существования пятой силы: работа на БАК также привела к заманчивым результатам, хотя и с экспериментами другого типа, изучающими скорость, с которой образуются мюоны и электроны при распаде определенных частиц.
Но Патель, работавший над экспериментами на БАКЕ, сказал, что теперь эти результаты стали менее последовательными.
«Измерение является большим достижением, и сейчас очень маловероятно, что оно будет ошибочным», — сказал он. «Таким образом, если предсказания теории подтвердятся, это действительно может стать первым подтвержденным свидетельством существования пятой силы – или чего-то еще странного и выходящего за рамки стандартной модели».
Алексей Хворостов
