Новая сила природы перевернула физику: ученые нашли «пятый элемент»

Учеными обнаружены «убедительные» доказательства существования новой, «пятой» силы природы. «Заманчивые» результаты экспериментов с частицами могут переписать законы физики.

Ученые считают, что они, возможно, открыли “пятую силу природы” после наблюдения необычного поведения крошечных субатомных частиц, пишет Daily Mail.

Международная команда физиков утверждает, что в ходе исследований в рамках эксперимента Muon g-2, проводившихся в лаборатории американского городка Батавия рядом с Чикаго, они, возможно, обнаружили новую силу природы.

Эксперимент был поставлен в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми (Фермилаб) в штате Иллинойс с целью изучения поведения субатомной частицы под названием мюон.

Как отмечает Би-би-си, британский Совет по научно-техническому оборудованию объявил, что результаты экспериментов дают весомые подтверждения существованию доселе неизвестной субатомной частицы, или новой силы. Тем не менее результаты эксперимента Muon g-2 пока не дают оснований однозначно заявить о революционном открытии.

Имеется 1 шанс из 40 тысяч на то, что это статистическая погрешность, сообщает Би-би-си.

Новый анализ отправил крошечные мюонные частицы, похожие на электрон, через 15-тонный электромагнит, чтобы измерить, как они «раскачиваются». В ходе эксперимента, пишет Daily Mail, частицы, перемещаясь по магнитной дорожке длиной 14 метров, отклонялись на 0,1% от стандартной модели, которая использовалась в течение 50 лет.

Как поясняет Би-би-си, Стандартная модель – это общепринятая на данный момент теоретическая конструкция, описывающая взаимодействие всех элементарных частиц во Вселенной.

Полученные результаты дают основания предполагать, что мюон может взаимодействовать с неоткрытыми частицами или силами, и поскольку они образуются естественным образом, когда космические лучи попадают в атмосферу Земли, эти результаты могут изменить наши представления о том, как работает Вселенная.

Выдающийся английский физик, профессор Брайан Кокс назвал результат «важным и захватывающим». «Это приближается к открытию новой физики, выходящей за рамки Стандартной модели — по сути, новых фундаментальных частиц, — написал ученый в Твиттере. – Это было бы величайшим открытием в физике элементарных частиц за многие годы, особенно с бозоном Хиггса».

Эксперимент Muon g-2 ищет признаки новых частиц и сил, точно исследуя взаимодействие мюона с окружающим магнитным полем. Мюон, помещенный в магнитное поле, сам действует как крошечный магнитный компас, и как гироскоп этот компас вращается с определенной точной частотой, предсказанной Стандартной моделью.

Физики обнаружили, что частота колебаний мюонов оказалась выше предполагаемой, что свидетельствует о неполном нашем нынешнем понимании физики.

«Сейчас захватывающее время для физика элементарных частиц», — комментирует исполнительный председатель Совета по научно-техническому оборудованию профессор Марк Томсон. – Мы знаем, что наше нынешнее понимание Вселенной неполно. То, что мы сейчас наблюдаем в ведущих экспериментах, таких как G-2, может быть первым взглядом за занавес в новый мир физики».

Мичио Каку, ведущий мировой теоретик струн, говорит, что новое открытие может быть ключом к разгадке, необходимой в поисках универсальной теории всего, которую он называет «уравнением Бога»: «Это сигнал последней теории? На это надеются многие физики. Эйнштейн однажды сказал, что если вы видите хвост льва, возможно, к нему прикреплен лев. Любое крошечное отклонение от Стандартной модели было бы хвостом, указывающим на истинную теорию».

Крис Полли, физик из Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Фермилаб), сказал New York Times: «Это момент посадки нашего марсохода».

Суть экспериментов, объяснил физик-теоретик из Университета Джона Хопкинса Дэвид Каплан, состоит в том, чтобы разделить частицы и выяснить, не происходит ли «что-то забавное» как с частицами, так и с кажущимся пустым пространством между ними.

«Секреты не живут в материи. Они живут в чем-то, что, кажется, заполняет все пространство и время. Это квантовые поля, — сказал Каплан. – Мы помещаем энергию в вакуум и смотрим, что получится».

Текущая рабочая модель физики утверждает, что существует четыре фундаментальные силы природы — гравитация, электромагнетизм, а также слабые и сильные взаимодействия между атомами.

Эксперименты, проводившиеся на протяжении десятилетий, снова и снова подтверждали, что его описания частиц и сил, которые составляют и управляют Вселенной, были в значительной степени точными — до сих пор.

«Если рассматривать вместе с недавними измерениями эксперимента LHCb в Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, кажется, что возникает закономерность, состоящая в том, что мюоны ведут себя не так, как предсказывает наша теория», — сказал профессор Ланкастер.

Национальная лаборатория Ферми располагает технологией для создания мюонов в ускорителях частиц, которые могут производить их в больших количествах. Мюон примерно в 200 раз массивнее своего “родича”, электрона, и образуется естественным образом, когда космические лучи попадают в атмосферу Земли, поясняет Daily Mail. Грациано Венанцони, физик-экспериментатор итальянской национальной лаборатории, который является одним из ведущих ученых в эксперименте Фермилаб в США, сказал: «С самого начала он заставлял физиков чесать затылки».

Исследователи из Национальной лаборатории Ферми стремились измерить степень магнитности мюонов, наблюдая, как они колеблются при движении вокруг массивного магнита. Подобно электронам, мюоны действуют так, как будто у них есть крошечный внутренний магнит, и когда они помещены в сильное магнитное поле, направление магнита мюона прецессирует или колеблется подобно волчку.

Сила внутреннего магнита определяет скорость прецессии мюона во внешнем магнитном поле и описывается числом, которое физики называют g-фактором. И это число можно вычислить со сверхвысокой точностью.

Когда мюоны перемещаются вокруг магнита Muon g-2, они также вступают в контакт с квантовой пеной субатомных частиц, которые появляются и исчезают. Квантовая пена проистекает из идеи Эйнштейна о том, что гравитация вызвана деформацией и искривлением пространства-времени.

Эксперты ранее предполагали, что пространство-время не гладкое, а похоже на пенистые остатки в пивной бутылке. Стандартная модель чрезвычайно точно предсказывает этот так называемый аномальный магнитный момент. Но если квантовая пена содержит дополнительные силы или частицы, не учитываемые Стандартной моделью, это еще больше изменит g-фактор мюона.

Физик-теоретик Мэтью Маккалоу из Европейской организации ядерных исследований (CERN) сказал, что раскрытие тайн может «вывести нас за пределы нашего нынешнего понимания природы».

Исследователям нужен еще год или два, чтобы закончить анализ результатов всех кругов по 14-метровой трассе. И если результаты не изменятся, это будет считаться крупным открытием.

Физик-теоретик Мичио Каку недавно опубликовал новую книгу о поисках универсальной теории всего, названную «Уравнение Бога», и в ней он предполагает, что стандартная модель является неполной, «теорией почти всего».

«Стандартная модель действительно описывает известный субатомный мир. Однако проблема в том, что это одна из самых уродливых теорий в физике, — пишет он. – В ней 36 кварков и антикварков, 20 свободных параметров, большое количество калибровочных частиц, нейтрино и бозонов Хиггса. Это теория, которую может любить только мать. Но как может природа на самом фундаментальном уровне создать такую ​​уродливую теорию? Даже ее создатели признают, что это не может быть окончательной теорией».

Мичио Каку, один из ведущих теоретиков струн в мире и профессор теоретической физики в городском колледже Нью-Йорка, сказал, что физики искали даже малейшее отклонение в Стандартной модели. Колебания, новые силы и изменения во взаимодействии частиц могут быть использованы, чтобы «дать нам ключ к реальной фундаментальной теории», — объяснил Каку.