Группа исследователей утверждает, что они открыли новую силу, которая существует за пределами четырех фундаментальных сил природы, описанных в учебнике.

Несколько лет назад группа венгерских исследователей сделала смелое заявление. Они говорят, что открыли новую частицу, получившую название X17, для которой требуется существование пятой силы природы.

Существует ли пятая фундаментальная сила и что это такое?

Однако исследователи не искали новую частицу. Она просто появилась как аномалия в их детекторе еще в 2015 году, когда они искали признаки темной материи. Странность поначалу не привлекла особого внимания. Но в конце концов группа выдающихся физиков, работающих в Калифорнийском университете в Ирвине, изучила частицы и предположила, что венгры наткнулись на частицы нового типа, которые подразумевают совершенно новую силу природы.

Затем, в конце 2019 года, когда венгерская находка стала популярной и широко освещалась в СМИ, они опубликовали новые результаты, свидетельствующие о том, что их сигнал никуда не делся. Аномалия сохранялась даже после того, как они изменили параметры своего эксперимента. Они уже сотни раз видели, как признаки новой частицы возникают таким же образом.

Это вызывает у некоторых физиков восторг от перспективы новой силы. Но если неизвестная сила не ответственна за странный сигнал, то команда могла раскрыть некую новую, ранее невиданную физику. И если это подтвердится, полагают многие, что новая сила может приблизить физику к великой единой теории Вселенной или даже помочь объяснить темную материю.

Однако пока что большинство ученых настроены скептически. В течение многих лет исследователи, близкие к венгерской группе, заявляли, что открыли новые частицы, которые позже не подтверждались. Поэтому более консервативные ученые довольствуются тем, что ждут дополнительных данных, которые либо подтвердят, либо опровергнут открытие, которое может изменить парадигму. Но ждать придется долго.

«С точки зрения физики элементарных частиц, аномалии приходят и уходят», — говорит Даниэле Алвес, физик-теоретик из Национальной лаборатории Лос-Аламоса. «Со временем мы научились не слишком предвзято относиться к той или иной интерпретации. Важно разобраться в этом».

Четыре основных силы

Учебники по физике учат, что существует четыре фундаментальных силы природы: гравитация, электромагнетизм, а также сильные и слабые ядерные силы.

Мы хорошо знакомы с первыми двумя силами. Гравитация притягивает нас к Земле и двигает ее вокруг Солнца, в то время как электромагнетизм поддерживает свет включенным. Две другие силы менее очевидны для нас, потому что они управляют взаимодействиями в мельчайших масштабах. Сильное взаимодействие связывает материю вместе, а слабое ядерное взаимодействие описывает радиоактивный распад атомов.

Каждая из этих сил переносится субатомной частицей, которую физики называют бозоном. Например, фотоны — это силовая частица в электромагнетизме. Глюоны несут в себе сильную ядерную силу. W- и Z-бозоны ответственны за слабое ядерное взаимодействие. Существует даже гипотетический бозон для гравитации, называемый гравитоном, хотя ученые не доказали его существование.

Однако, если вы спросите физиков-теоретиков, многие из них, вероятно, скажут вам, что мы еще не открыли все силы природы. Другие, вероятно, просто ждут, чтобы их обнаружили. Например, некоторые подозревают, что обнаружение темной материи может выявить новую слабую силу.

И это как раз поляна, на которой работает венгерская группа. Не вдаваясь в подробности, группа выстрелила протонами в тонкий образец лития-7, который затем радиоактивно распался на бериллий-8. Как и ожидалось, в результате были созданы пары позитронов и электронов. Однако детекторы также уловили избыточные сигналы распада, которые свидетельствовали о существовании потенциально новой и чрезвычайно слабой частицы. Если бы он существовал, частица весила бы примерно 1/50 массы протона. А из-за своих свойств это был бы бозон — частица, несущая силу.

Но история полна поводов скептически относиться к новым научным дополнениям. В последние десятилетия другие группы исследователей также заявляли, что нашли пятую силу, но их претензии постепенно угасли. Примерно в 2000 году одна группа предложила новую силу, называемую квинтэссенцией, для объяснения недавнего открытия темной энергии. В 1980-х годах группа физиков из Массачусетского технологического института заявила, что они обнаружили пятую силу, получившую название гиперзаряд, которая служит своего рода антигравитацией. Тем не менее, как мы видим учебники физики по-прежнему обучают тем же четырем фундаментальным силам, которые у нас были десятилетия назад.

Это означает, что наиболее вероятным объяснением необъяснимого нового сигнала является то, что что-то не так с настройкой венгерского детектора. Однако данные никто не оспаривает. Результаты были рецензированы и опубликованы в журнале Physical Review Letters — том же журнале, который опубликовал открытие гравитационных волн. Даже идеи в престижных журналах иногда можно объяснить систематической ошибкой, но именно так работает наука.

«Люди обращают внимание на то, действительно ли это эффект ядерной физики или это что-то систематическое», — говорит Алвес. «Важно повторить эти эксперименты … чтобы иметь возможность проверить, реально ли это или это артефакт того, как они проводят эксперимент».

Квест, чтобы подтвердить

И именно на это надеются ученые из Лос-Аламоса. В составе небольшой команды исследователей они предлагает повторить венгерский эксперимент, используя оборудование, которое уже существует в Лос-Аламосе. Национальная лаборатория является лидером в области ядерной физики с момента создания атомной бомбы.

Как оказалось, у них также есть детектор, почти идентичный тому, который использовала венгерская команда.

Как и в случае со всеми экстраординарными заявлениями, это открытие, потенциально способное изменить парадигму, потребует экстраординарных доказательств, прежде чем люди примут его. Таким образом, нам, возможно, придется немного подождать, прежде чем мы узнаем, произведут ли частица X17 и ее потенциальная пятая сила революцию в физике или займут свое место на свалке опровергнутых и отвергнутых открытий.