Ученые Фермилаб приблизились к пятой силе природы

Результаты получены в ходе американского эксперимента мюон g-2.

Ученые из Чикаго говорят, что они, возможно, приближаются к открытию существования новой силы природы.

Они нашли больше доказательств того, что субатомные частицы, называемые мюонами, ведут себя не так, как предсказывает современная теория субатомной физики.

Ученые считают, что на мюоны может действовать неизвестная сила.

Для подтверждения этих результатов потребуются дополнительные данные, но если они подтвердятся, это может стать началом революции в физике.

Все силы, с которыми мы сталкиваемся каждый день, можно свести всего к четырем категориям: гравитация, электромагнетизм, сильное взаимодействие и слабое взаимодействие. Эти четыре фундаментальные силы управляют тем, как все объекты и частицы во Вселенной взаимодействуют друг с другом.

Выводы были сделаны на американском ускорителе частиц под названием Фермилаб. Они основаны на результатах, объявленных в 2021 году, когда команда Fermilab впервые предположила возможность существования пятой силы природы.

С тех пор исследовательская группа собрала больше данных и уменьшила неопределенность своих измерений в два раза, по словам доктора Брендана Кейси, старшего научного сотрудника Fermilab.

Фермилаб, расположенная на участке площадью 2700 гектаров недалеко от Чикаго, является ведущей американской лабораторией физики элементарных частиц.

«Мы действительно исследуем новую территорию. Мы определяем (измерения) с большей точностью, чем когда-либо прежде».

В эксперименте с броским названием «g минус два (g-2)» исследователи ускоряют субатомные частицы, называемые мюонами, по кольцу диаметром 50 футов, где они циркулируют около 1000 раз почти со скоростью света. Исследователи обнаружили, что они могут вести себя таким образом, который не может быть объяснен современной теорией, которая называется Стандартной моделью, из-за влияния новой силы природы.

Хотя доказательства убедительны, команда Fermilab еще не получила убедительных доказательств.

Они надеялись получить его к настоящему времени, но неопределенность в отношении того, какой должна быть величина колебания мюонов, согласно стандартной модели, возросла из-за достижений в теоретической физике.

По сути, физикам-экспериментаторам сдвинулись стойки ворот.

Исследователи полагают, что у них будут необходимые данные, и что теоретическая неопределенность сократится через два года в достаточной степени, чтобы они могли достичь своей цели. Тем не менее, конкурирующая команда на Большом адронном коллайдере в Европе (LHC) надеется добраться туда первой.

Доктор Митеш Патель из Имперского колледжа Лондона входит в число тысяч физиков на БАК, пытающихся найти недостатки в Стандартной модели. Он сказал BBC News, что первые люди, которые обнаружат экспериментальные результаты, противоречащие стандартной модели, станут одним из прорывов всех времен в физике.

«Измерение поведения, которое не согласуется с предсказаниями Стандартной модели, — это святой Грааль для физики элементарных частиц. Это могло бы выстрелить стартовым пистолетом для революции в нашем понимании, потому что модель выдерживала все экспериментальные испытания более 50 лет. "

Фермилаб заявляет, что ее следующий набор результатов станет «окончательным столкновением» между теорией и экспериментом, которое может открыть новые частицы или силы.

Ученые Большого адронного коллайдера в Европе также пытаются найти несоответствия Стандартной модели.

Так что же такое Стандартная модель и почему так важно получить экспериментальный результат, который не совсем соответствует ее предсказаниям?

Все в окружающем нас мире состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из еще более мелких частиц. Они взаимодействуют, чтобы создать четыре силы природы: электричество и магнетизм (электромагнетизм), две ядерные силы и гравитацию.

Их поведение предсказывается стандартной моделью, и в течение пятидесяти лет она предсказывала их поведение идеально, без каких-либо ошибок.

Мюоны похожи на электроны, которые вращаются вокруг атомов и ответственны за электрические токи, но они примерно в 200 раз массивнее.

В эксперименте их заставляли колебаться с помощью мощных сверхпроводящих магнитов.

Результаты показали, что мюоны колеблются быстрее, чем предполагала стандартная модель. Профессор Грациано Венанцони из Ливерпульского университета, один из ведущих исследователей проекта, сказал BBC News, что это может быть вызвано неизвестной новой силой.

«Мы думаем, что может быть другая сила, о которой мы сейчас не знаем. Это что-то другое, что мы называем «пятой силой».

«Это что-то другое, о чем мы еще не знаем, но это должно быть важно, потому что оно говорит что-то новое о Вселенной».

Если это подтвердится, это, возможно, станет одним из крупнейших научных прорывов за сто лет, начиная с теорий относительности Эйнштейна. Это потому, что пятое взаимодействие и любые частицы, связанные с ним, не являются частью Стандартной модели физики элементарных частиц.

Исследователи знают, что существует то, что они называют «физикой за пределами Стандартной модели», потому что современная теория не может объяснить многие вещи, которые астрономы наблюдают в космосе.

К ним относится тот факт, что галактики продолжают разлетаться после Большого взрыва, создавшего Вселенную, а не замедляются. Ученые говорят, что ускорение вызвано неизвестной силой, называемой темной энергией.

Галактики также вращаются быстрее, чем должны, согласно нашему пониманию того, сколько в них материала. Исследователи полагают, что это из-за невидимых частиц, называемых темной материей, которые опять же не являются частью Стандартной модели.

Результаты опубликованы в Journal Physical Review Letters.