Главная Новости Физики не исключают существования пятой силы в природе

Физики не исключают существования пятой силы в природе

Используя методику маятниковой интерферометрии, группа физиков под руководством Бенджамина Хикока из Национального института стандартов и технологий использовала пучки нейтронов для исследования кристаллической структуры кремния с самой высокой точностью, которая только была возможна. В результате , получены более детальные данные, чем при помощи рентгеновских методов.

Пятая сила в природе существует?

Физики выявили ранее нераспознанные свойства кремния, материала, имеющего решающее значение для технологий. Кроме того, получена более подробная информация о свойствах нейтрона, а также наложены важные ограничения на пятую силу, если она действительно существует.

"Несмотря на то, что кремний распространен повсеместно, мы все еще узнаем о его самых основных свойствах", - говорит физик Альберт Янг из Университета штата Северная Каролина.

"Нейтрон, поскольку он не имеет заряда, отлично подходит для использования в качестве зонда, так как он не сильно взаимодействует с электронами внутри материала. Рентгеновские лучи имеют некоторые недостатки при измерении атомных сил внутри материала из-за их взаимодействия с электронами".

Нейтроны, содержащиеся в атомных ядрах, высвобождаются при делении ядер. Они могут быть сфокусированы в пучки, которые проникают в материалы на глубину, гораздо большую, чем при использовании рентгеновских лучей, и рассеиваются атомными ядрами, а не атомными электронами, что означает, что они могут быть использованы для исследования материалов способами, которые дополняют рентгеновские измерения.

Физики убеждены в существовании пятой силы в природе

"Одна из причин, почему наши измерения настолько чувствительны, заключается в том, что нейтроны проникают в кристалл гораздо глубже, чем рентгеновские лучи - на сантиметр и более - и таким образом измеряют гораздо большую совокупность ядер", - говорит физик Майкл Хубер из NIST.

"Мы нашли доказательства того, что ядра и электроны могут вибрировать не так жестко, как принято считать. Это меняет наше представление о том, как атомы кремния взаимодействуют друг с другом внутри кристаллической решетки".

Для этого пучок частиц направляется на материал. Когда пучок проникает в материал, нейтроны отскакивают и рассеиваются от структурной решетки атомов в нем.

В идеальном кристалле кремния листы атомов в решетке расположены в плоскостях, которые повторяют друг друга по расстоянию и ориентации. Точное отражение луча от этих плоскостей может привести к тому, что нейтроны будут расходиться в своих маршрутах через решетку, создавая слабые интерференционные картины, называемые осцилляциями Пенделлозунга, которые раскрывают структурные свойства кристалла.

"Представьте себе две одинаковые гитары", - поясняет Хубер.

"Настройте их одинаково, и, пока струны вибрируют, ведите одну из них по дороге с неровностями скорости - то есть вдоль плоскостей атомов в решетке - и ведите другую по дороге той же длины без неровностей скорости - аналогично перемещению между плоскостями решетки".

"Сравнение звуков обеих гитар говорит нам кое-что о неровностях: насколько они большие, насколько гладкие, имеют ли они интересную форму?".

Эта техника позволила получить новое измерение радиуса заряда в нейтронах. Хотя нейтроны нейтральны по заряду, три кварковые частицы внутри них не являются таковыми. Восходящий кварк имеет заряд +2/3, а каждый из двух нисходящих кварков имеет заряд -1/3, что означает, что в целом они уравновешивают друг друга.

Но внутри нейтрона заряд распределен неравномерно. Положительный заряд концентрируется в центре, а отрицательный - по краям; расстояние между ними называется радиусом заряда.

Пенделлозунговая интерферометрия не подвержена влиянию факторов, которые привели к расхождениям между предыдущими измерениями с использованием различных методов, а это означает, по словам команды, что их результат может стать ключом к определению размера этого радиуса.

Эта методика также может обеспечить больше ограничений на пока еще не открытую теоретическую силу ближнего действия. В природе, согласно Стандартной модели физики, существуют три силы - сильная, слабая и электромагнитная. Гравитация, не включенная в Стандартную модель, считается четвертой силой.

Однако, перефразируя Гамлета, можно сказать, что на небе и земле почти наверняка существует больше вещей, чем мы описали, и некоторые физики предположили, что есть неизвестная пятая сила, которая объясняет аномальные наблюдения. Если она существует, то у нее должен быть носитель, подобно тому, как фотоны являются носителем электромагнетизма.

Масштаб длины, на котором может действовать носитель силы, обратно пропорционален его массе. Безмассовый фотон имеет безграничный диапазон. Интерферометрия Пенделлозунга может обеспечить ограничения на дальность действия пятого носителя силы, что, в свою очередь, накладывает ограничения на его силу.

Результаты работы команды ограничили диапазон носителя пятой силы в десять раз, что означает, что будущие поиски пятой силы будут иметь меньший диапазон для поиска.

"Самое замечательное в этой работе не только точность - мы можем сосредоточиться на конкретных наблюдаемых параметрах в кристалле - но и то, что мы можем сделать это с помощью настольного эксперимента, а не большого коллайдера", - радуется Янг.

"Проведение таких мелкомасштабных и точных измерений может способствовать прогрессу в решении некоторых из самых сложных вопросов фундаментальной физики".

Дата: 2021-09-14

Автор: Александр Войтенко

Поделиться с друзьями: