Odkrycia pochodzą z amerykańskiego eksperymentu mionowego g-2.
Naukowcy z okolic Chicago twierdzą, że mogą być coraz bliżej odkrycia istnienia nowej siły natury. Znaleźli oni więcej dowodów na to, że cząstki subatomowe, zwane mionami, nie zachowują się w sposób przewidywany przez obecną teorię fizyki subatomowej. Naukowcy uważają, że na miony może działać nieznana siła. Potrzeba więcej danych, aby potwierdzić te wyniki, ale jeśli zostaną one zweryfikowane, może to oznaczać początek rewolucji w fizyce. Wszystkie siły, których doświadczamy na co dzień, można zredukować do zaledwie czterech kategorii: grawitacji, elektromagnetyzmu, siły silnej i siły słabej. Te cztery fundamentalne siły regulują sposób, w jaki wszystkie obiekty i cząstki we Wszechświecie oddziałują ze sobą.
Odkrycia zostały dokonane w amerykańskim akceleratorze cząstek o nazwie Fermilab. Opierają się one na wynikach ogłoszonych w 2021 r., w których zespół Fermilab po raz pierwszy zasugerował możliwość istnienia piątej siły natury. Od tego czasu zespół badawczy zebrał więcej danych i zmniejszył niepewność swoich pomiarów o współczynnik dwa, według dr Brendana Caseya, starszego naukowca w Fermilab.
W eksperymencie o chwytliwej nazwie „g minus dwa (g-2)” naukowcy przyspieszają subatomowe cząstki zwane mionami wokół pierścienia o średnicy 15 m, gdzie krążą około 1000 razy z prędkością bliską prędkości światła. Naukowcy odkryli, że mogą one zachowywać się w sposób, którego nie można wyjaśnić za pomocą obecnej teorii, zwanej Modelem Standardowym, ze względu na wpływ nowej siły natury.
Chociaż dowody są mocne, zespół Fermilab nie ma jeszcze rozstrzygającego dowodu. Mieli nadzieję, że będą go mieli już teraz, ale niepewność co do tego, jak według modelu standardowego powinna wyglądać ilość chybotliwych mionów, wzrosła z powodu rozwoju fizyki teoretycznej. W gruncie rzeczy, fizycy eksperymentalni przesunęli poprzeczkę.
Fermilab, mieszczące się na powierzchni 2700 hektarów w pobliżu Chicago, jest głównym amerykańskim laboratorium fizyki cząstek elementarnych.
Naukowcy wierzą, że będą mieli potrzebne dane, a teoretyczna niepewność zmniejszy się w ciągu dwóch lat na tyle, by mogli osiągnąć swój cel. Rywalizujący z nimi zespół pracujący w Europejskim Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) ma jednak nadzieję dotrzeć tam jako pierwszy. Dr Mitesh Patel z Imperial College London jest jednym z tysięcy fizyków w LHC, którzy próbują znaleźć błędy w Modelu Standardowym. Powiedział BBC News, że pierwsi ludzie, którzy znajdą wyniki eksperymentalne sprzeczne z modelem standardowym, będą jednym z przełomowych odkryć w fizyce.
Fermilab twierdzi, że kolejny zestaw wyników będzie „ostatecznym starciem” między teorią a eksperymentem, które może odkryć nowe cząstki lub siły.
Naukowcy z Wielkiego Zderzacza Hadronów w Europie również biorą udział w wyścigu o znalezienie niespójności z Modelem Standardowym.
Czym więc jest Model Standardowy i dlaczego uzyskanie wyniku eksperymentalnego, który nie do końca pasuje do jego przewidywań, jest tak wielkim wydarzeniem?
Wszystko w otaczającym nas świecie zbudowane jest z atomów, które z kolei składają się z jeszcze mniejszych cząstek. Cząstki te oddziałują ze sobą, tworząc cztery siły natury: elektryczność i magnetyzm (elektromagnetyzm), dwie siły jądrowe i grawitację. Ich zachowanie jest przewidywane przez model standardowy i przez pięćdziesiąt lat przewidywał on ich zachowanie doskonale, bez żadnych błędów. Miony są podobne do elektronów, które krążą wokół atomów i są odpowiedzialne za prądy elektryczne, ale są około 200 razy bardziej masywne. W eksperymencie zostały one wprawione w drgania za pomocą potężnych magnesów nadprzewodzących.
Galaktyki oddalają się od siebie szybciej niż przewiduje Model Standardowy.
Wyniki pokazały, że miony chybotały się szybciej, niż zakładał to model standardowy. Prof. Graziano Venanzoni z Uniwersytetu w Liverpoolu, który jest jednym z wiodących badaczy w projekcie, powiedział BBC News, że może to być spowodowane nieznaną nową siłą.
Jeśli zostanie to potwierdzone, będzie to prawdopodobnie jeden z największych przełomów naukowych od stu lat, od czasu teorii względności Einsteina. Wynika to z faktu, że piąta siła i wszelkie związane z nią cząstki nie są częścią Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych. Naukowcy wiedzą, że istnieje coś, co określają jako „fizykę poza Modelem Standardowym”, ponieważ obecna teoria nie może wyjaśnić wielu rzeczy, które astronomowie obserwują w kosmosie. Obejmują one fakt, że galaktyki nadal przyspieszają po Wielkim Wybuchu, który stworzył Wszechświat, zamiast spowalniać ekspansję. Naukowcy twierdzą, że przyspieszenie to jest napędzane przez nieznaną siłę, zwaną ciemną energią.
Galaktyki obracają się również szybciej niż powinny, zgodnie z naszą wiedzą na temat ilości materiału w nich zawartego. Naukowcy uważają, że dzieje się tak z powodu niewidocznych cząstek zwanych ciemną materią, które również nie są częścią Modelu Standardowego.
