Физики наткнулись на интригующее расхождение в поведении электронов в различных изотопах кальция. Разница между наблюдениями и теоретическими расчетами невелика, но команда видит в этом необычном эффекте возможное предварительное доказательство существования пятой силы природы.
В нашей Вселенной известны четыре фундаментальных силы: гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия. Стандартная модель физики элементарных частиц не включает гравитацию (она намного слабее остальных трех на уровне частиц), а также темную материю и темную энергию, которые пока гипотетичны, но их существование подтверждается многочисленными доказательствами. У этой модели есть свои пределы, поэтому ученые ищут, где эти границы могут быть нарушены, открывая новые горизонты физики.
Идея о существовании пятой силы природы давно витает в научных кругах и предлагается для решения различных научных загадок. В данном случае эта сила может скрываться в сердце атомов — месте, где некогда прятались и ядерные взаимодействия до их открытия.
Исследование изотопов кальция
Авторы исследования сосредоточились на изотопах кальция — атомах с одинаковым числом протонов и электронов, но разным количеством нейтронов. Наиболее распространенным является кальций-40, состоящий из 20 протонов и 20 нейтронов, но существуют и стабильные версии: кальций-42 с 22 нейтронами, кальций-44 с 24 и кальций-46 с 26.
Электроны организованы в орбитали вокруг ядра. Это не линейные орбиты, как у планет, а области, где электрон вероятнее всего может находиться. При добавлении небольшого количества энергии электрон может перейти на более высокую орбиталь, хотя через некоторое время он излучит эту энергию и вернется в исходное состояние. Этот переход зависит от свойств ядра, отличаясь у изотопов из-за дополнительных нейтронов, изменяющих распределение заряда в ядре.
Команда построила график сдвигов переходов между 42Ca, 44Ca, 46Ca, 48Ca и кальцием-40, ожидая увидеть линейную зависимость, но данные показали небольшое отклонение.
Тайна расхождения
Причина этого расхождения остантся загадкой. Возможно, в расчетах упущены некоторые эффекты Стандартной модели — как это бывало в прошлом, но новые данные со временем уточняли теорию. Или же это в самом деле намек на пятую силу.
Если это действительно пятая сила, то она очень слаба и, вероятно, передается частицей-бозоном, которая может быть легче нейтрино или гораздо тяжелее топ-кварка (t-кварка). Столь широкий диапазон — наиболее строгое ограничение для такого гипотетического взаимодействия на сегодняшний день.
Ранее другая команда физиков заявила об обнаружении намека на существование пятой силой природы.
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
