Последние данные, указывающие на возможное открытие ранее неизвестной субатомной частицы, могут говорить о существовании пятого фундаментального взаимодействия в природе, согласно работе, опубликованной в Physical Review Letters физиками-теоретиками из Калифорнийского университета в Ирвине.

«Если это окажется правдой, то произойдет переворот, — говорит Джонатан Фенг, профессор физики и астрономии. — На протяжении десятилетий мы знали о четырех фундаментальных взаимодействиях: гравитация, электромагнетизм, сильные и слабые ядерные силы. Если дальнейшие эксперименты подтвердят открытие, пятое взаимодействие полностью перевернет наше понимание Вселенной и, возможно, проложит путь к объединению взаимодействий и темной материи».

В середине 2015 года исследователи Калифорнийского университета наткнулись на экспериментальную работу физиков-ядерщиков Венгерской академии наук, которые искали «темные фотоны», частицы, которые могли бы обозначить невидимую темную материю, на которую приходится 85% массы Вселенной. Работа венгров выявила аномальный радиоактивный распад, который указал на существование легкой частицы всего в 30 раз тяжелее электрона.

«Экспериментаторы не смогли заявить об обнаружении новой силы, — говорит Фенг. — Они просто увидели избыток событий, которые указывают на новую частицу, но тогда им было неясно, что это: частица вещества или частица-переносчик силы».

Группа в Ирвине изучила данные венгерских исследователей, а также все другие предыдущие эксперименты в этой области и показала, что для объяснения не подходит ни частица вещества, ни темные фотоны. Однако они предложили новую теорию, которая синтезирует все существующие данные, и определили, что открытие может указывать на пятое фундаментальное взаимодействие. Их первоначальный анализ был опубликован в конце апреля на сервере arXiv, а после на том же сайте появилась работа в подтверждение анализа.

Работа ученых Калифорнийского университета показывает, что вместо того, чтобы быть темным фотоном, эта частица может быть «фотофобным X-бозоном». Если обычная электрическая сила действует на электроны и протоны, новонайденный бозон взаимодействует только с электронами и нейтронами — и в очень узком диапазоне. Соавтор анализа Тимоти Тейт, профессор физики и астрономии, говорит следующее: «Ни один из бозонов, которые мы наблюдали, не обладает такими характеристиками. Иногда мы называем его X-бозоном, где X означает неизвестный».

Дальнейшие эксперименты будут иметь решающее значение. «Эта частица не очень тяжелая, и в лабораториях хватало энергии для ее создания с 50-60-х годов, — говорит он. — Но причина того, что ее не нашли, заключается в ее слабых взаимодействиях. Поскольку же новая частица такая легкая, по всему миру в небольших лабораториях работает достаточно много экспериментальных групп, которые смогут выполнить первоначальные требования, необходимые для ее поиска».

Как и многие научные прорывы, этот открывает перед учеными совершенно новые области исследования.

Фенга привлекает возможность того, что пятое взаимодействие может присоединиться к электромагнитному, сильному и слабому ядерным в качестве «проявления одной грандиозной, фундаментальной силы».

Ссылаясь на то, как физики понимают Стандартную модель, Фенг предполагает, что может быть и отдельный темный сегмент со своим веществом и силами. «Возможно, два этих сегмента общаются между собой и взаимодействуют с помощью некой фундаментальной силы. И сила темного сегмента может проявляться в виде фотофобной силы, которую мы видим как результат венгерского эксперимента. В более широком смысле, она согласуется с нашим изначальным поиском природы темной материи».