Пятый элемент существует? Учёные на пороге открытия новой силы природы

Четыре силы управляют всем, что мы видим — от света лампы до взрыва сверхновой. Но что, если их не четыре? Что, если где-то — в глубине атома — прячется пятая сила, о которой мы пока лишь догадываемся? Недавнее исследование физиков из Германии, Швейцарии и Австралии может стать первым шагом к ответу на этот вопрос.

Что мы знаем о силах природы?

Сегодня физика опирается на четыре фундаментальных взаимодействия:

• Гравитацию, удерживающую планеты на орбите;
• Электромагнетизм, обеспечивающий работу электричества;
• Сильное ядерное взаимодействие, скрепляющее протоны и нейтроны в ядре;
• Слабое ядерное взаимодействие, отвечающее за радиоактивный распад.

Эти силы формируют Стандартную модель физики — теоретический каркас, объясняющий почти всё в наблюдаемой Вселенной. Почти.

В поисках невидимого: что сделали учёные?

Вместо космоса, где ранее пытались уловить следы неизвестных взаимодействий, учёные заглянули внутрь атома кальция. Их внимание привлекли электроны, которые, получив энергию, переходят на более высокие уровни, а затем возвращаются обратно. Эти скачки энергии можно точно предсказать. Или… почти точно.

Исследуя разные изотопы кальция — атомы с одинаковым числом протонов, но разным количеством нейтронов — учёные обнаружили аномалии во времени переходов. Они оказались едва заметными, но систематическими — и не вписывались в расчёты Стандартной модели.

Частица Юкавы: возможный переносчик пятой силы

Чтобы объяснить эти отклонения, исследователи предположили существование новой силы — взаимодействия между нейтронами в ядре и окружающими электронами. Эту гипотетическую силу может переносить так называемая частица Юкавы — ранее предложенная, но пока не зафиксированная в экспериментах. Масса такой частицы, по расчетам, может варьироваться от 10 до 10 миллионов электронвольт.

Эта сила, в отличие от гравитации или электромагнетизма, действует на крайне малых расстояниях, поэтому остаётся незаметной в повседневной жизни и космических масштабах. Но именно такие эффекты могут быть ключом к загадкам, которые физика пока не может разгадать.

Почему это важно?

Если существование пятой силы подтвердится, это может:

• Расширить Стандартную модель, заставив физику пересмотреть свои основы;
• Помочь объяснить природу тёмной материи — невидимого вещества, составляющего 85% массы Вселенной;
• Дать ключ к разгадке асимметрии материи и антиматерии, одной из самых интригующих тайн космологии.

Пока результаты требуют независимого подтверждения. Но даже если гипотеза не выживет в будущих экспериментах, она уже сузила область поиска и дала физикам новый инструмент — атом как микроскоп в мир скрытых взаимодействий.