Ученые оказались на пороге разгадки пятой фундаментальной силы природы

Ученые оказались на пороге разгадки пятой фундаментальной силы природы11 марта6K прочиталиНаукаБольше по теме

В повседневной жизни мы осознаем или замечаем всего две фундаментальные силы. Это гравитация и электромагнетизм. Еще о двух, сильном и слабом взаимодействии, мы знаем то, что они существуют. И надо сказать, что узнали мы об этом не так уж и давно, в прошлом веке. А сегодня наука стоит на пороге открытия новой, пятой, фундаментальной силы взаимодействия в природе.

SFERA – Pro Космос – Подписывайтесь...

Кварки и ядерный синтез

Гравитация в привычном смысле управляет процессом взаимодействия между собой тел, обладающих массой. Она действует масштабно и на бесконечные расстояния, управляя движением всех космических тел. Электромагнитное взаимодействие зависит уже не от массы, а от заряда. В этом случае главные участники взаимодействия – заряженные частицы.

Они связаны электрическим полем, и когда начинают свое движение, то возникает магнитное поле. И если бы не этот электромагнетизм, то атомы разлетелись бы врассыпную, и ничего (включая нас с вами) не существовало бы. Эта сила, так же, как и гравитация, действует на бесконечных расстояниях. Да, с увеличением расстояния она может ослабеть, но не исчезнет.

Два других фундаментальных взаимодействия функционируют на экстремально коротких расстояниях. Так, сильное ядерное взаимодействие сдерживает вместе кучку протонов и нейтронов в ядре атома. К слову, это взаимодействие самое сильное из всех фундаментальных.

SFERA – Pro Космос – Поставьте лайк...

Слабое же взаимодействие отвечает за то, как взаимодействуют субатомные частицы, то есть кварки, из которых состоят протоны и нейтроны. Благодаря слабому взаимодействию кварки изменяются сами и изменяют заряд частиц. Эта сила играет важную роль в ядерных реакциях синтеза и распаде.

Фотон, глюон и гравитон

Нельзя не упомянуть, что все эти фундаментальные силы взаимодействий работают за счет того, что частицы обмениваются между собой специальными частицами-переносчиками этих взаимодействий. Фотон переносит электромагнитное взаимодействие. Слабое переносят целых три частицы, векторные бозоны W+, W− и Z0. За сильное взаимодействие отвечает глюон. А вот существование гравитона, переносящего гравитационное взаимодействие, еще не доказано экспериментально, и его существование остается пока гипотетическим.

В первые моменты жизни Вселенной, пока она была очень горячей и плотной, существовала всего одна фундаментальная сила. В процессе фазовых переходов она разделилась на четыре. Эту гипотезу частично уже доказали в лабораторных условиях. Правда, физикам удалось объединить только электромагнитное и слабое взаимодействия в электрослабое.

Участившиеся случаи ограничения каналов вынудили нас заняться поиском альтернативных площадок.

Канал про Космос мы уже перенесли в приложение SFERA. А скоро в SFERA появится и сервис для статей. Скачать мобильное приложение SFERA:

SFERA – Pro Космос – Подписывайтесь...

Но что же указывает исследователям на наличие пятой силы? Аномалии и отклонения от стандартной модели, которые не так уж и редко встречаются. Не исключено, что на частицы, которые ведут себя как-то не так, оказывает влияние некая сила, о которой мы пока не знаем. Тем более что стандартная модель открыта для дальнейшего описания окружающей реальности, и на сегодняшний день у нее много проблем.

Одна из упомянутых проблем – темная материя. Через нее, в том числе, пытаются обнаружить пятую силу. В последние десятилетия накопилось много доказательств того, что в космическом пространстве должна существовать скрытая масса. С этим же связана и идея того, что мы неправильно описываем гравитацию. Но даже, если эта масса и есть, мы не знаем, чем она является. Она может быть тусклыми объектами, скоплениями черных дыр, а то и вовсе частицами.

Темные фотоны и мюоны

И тут в теории уже выдвинули идею существования темных фотонов, которые помогают темной материи взаимодействовать с обычной материей через гравитацию (но не через другие взаимодействия). Их, в отличие от просто фотонов, еще и массой наделили, так что они способны распадаться на частицы и взаимодействовать с обычной материей.

Еще одна проблема заключается в наличии темной энергии, из-за которой Вселенная расширяется с ускорением. Для этого нужно очень много энергии, занимающей большую часть массы Вселенной. Хотя это может являться свойством самого пространства-времени. Но не исключено, что и неизвестная пятая фундаментальная сила способствует этому процессу.

SFERA – Pro Космос – Поставьте лайк...

Но чаще о пятой силе говорят из-за аномальных результатов некоторых экспериментов. Так, на Большом адронном коллайдере изучали однажды распад бьюти кварков. Только распадались они как-то не так, как то предсказывала стандартная модель, а на 15% реже. Но чтобы объяснить это пятой силой, недостаточно данных.

Еще не так давно в Фермилабе провели эксперимент Muon g-2. Понятно, что главными героями здесь выступали мюоны, похожие на электроны, но раз в 200 тяжелее. Так вот, стандартная модель предсказывает, что если их поместить в магнитное поле, то они начнут покачиваться определенным образом и с определенной частотой. На самом деле мюоны отклонились от предсказанных значений.

Несколько месяцев назад этот эксперимент повторили, и вновь увидели тот же эффект. Однако теоретические неточности оказались столь высоки, что говорить об открытии новой силы, оказывающей в ходе эксперимента влияние на мюоны, пока не приходится.