التفاعل الأساسي الخامس: الحقيقة أم الخيال؟

مؤلف المقالة هو دون لينكولن ، وهو عالم بارز في المختبر في Fermilab LHC ، الذي يعمل تحت رعاية وزارة الطاقة الأمريكية. كتب مؤخرًا كتابًا بعنوان The Collider Hadron Collider: An Unual Story of the Higgs Boson وأشياء أخرى ستدهشك .

العلم له علاقة معقدة بالإنترنت: يتحرك العلم إلى الأمام من خلال التقييم الدقيق والشامل للبيانات والنظرية ، وقد تستغرق هذه العملية سنوات. وعلى الإنترنت ، فإن قدرة الجمهور على التركيز تذكرنا بأسماك ديزني من ديزني من فيلم "Finding Nemo" (والآن ، "Finding Dory") - هناك ميمي ، هذه صورة نجمة ... أوه ، انظر - قطة مضحكة ...

لذلك ، يجب على الأشخاص المهتمين بالعلوم الجادة توخي الحذر بشأن المعلومات المنشورة على الإنترنت التي تنص على دراسة علمية تغير جذريًا نموذج العلم. مثال حديث هو مقال يجادل حول الاكتشاف المحتمل لتفاعل أساسي خامس. إذا كان الأمر كذلك ، فسنضطر إلى إعادة كتابة الكتب المدرسية.

كفيزيائي ، أريد أن أسلط الضوء العلمي المنضبط على هذا البيان.

التفاعل الخامس

إذن ما يدعي؟

في مقال نشر على arXiv في 7 أبريل 2015 ، وصفت مجموعة من الباحثين المجريين دراسة سلوك شعاع بروتون مكثف على أهداف الليثيوم الرقيقة. أحدثت التصادمات المكتشفة نوى بيريليوم -8 متحمسة ، والتي انحلت إلى أزواج البريليوم -8 العادية والإلكترونات البوزيترونية.



وذكروا أن البيانات التي حصلوا عليها لا يمكن تفسيرها بالظواهر الفيزيائية المعروفة في النموذج القياسي ، الذي يحكم فيزياء الجسيمات الحديثة. لكن تفسير هذه البيانات كان ممكنًا مع وجود جسيم غير معروف حتى الآن بكتلة 17 مليون فولت كهربائي ، وهو أثقل بنسبة 32.7 مرة من الإلكترون ، أو 2 ٪ من كتلة البروتون. يتم دراسة الجسيمات التي تظهر في هذه الطاقات ، وهي منخفضة جدًا بالمعايير الحديثة ، جيدًا. وسيكون غير متوقع للغاية إذا تم اكتشاف واحدة جديدة هناك.

ومع ذلك ، خضعت القياسات لتقييم خبير وتم نشرها في 26 يناير 2016 في مجلة Physical Review Letters ، وهي واحدة من أكثر المجلات المرموقة في الفيزياء في العالم. في هذا المنشور ، تغلب الباحثون وأبحاثهم على عقبة مثيرة للإعجاب.

بالكاد لوحظ هذا القياس حتى اهتمت مجموعة من علماء الفيزياء النظرية من جامعة كاليفورنيا في ايرفين (UCI). وكما يفعل المنظرون الذين لديهم قياسات فيزيائية مثيرة للجدل عادة ، قارنهم الفريق بالعمل الموجود الذي تم جمعه على مدى المائة عام الماضية لمعرفة ما إذا كانت البيانات الجديدة متسقة مع المعلومات التي تم جمعها بالفعل. في هذه الحالة ، قارنوا مع عشرات الدراسات المنشورة.

ووجدوا أنه على الرغم من أن القياسات لم تتعارض مع الدراسات السابقة ، فقد لاحظوا شيئًا لم تتم مواجهته من قبل - وشيء لا يمكن تفسيره بواسطة النموذج القياسي.

منصة نظرية جديدة

لفهم الأبعاد المجرية ، توصلت هذه المجموعة من المنظرين من UCI إلى نظرية جديدة.

هذه النظرية غريبة للغاية. بدأوا بافتراض معقول أن الجسيم المحتمل الجديد لا يفسره النظرية الموجودة. هذا منطقي ، حيث أن الجسيم الجديد المحتمل له كتلة صغيرة ، وإذا تم وصفه بواسطة قوانين الفيزياء المعروفة ، لكان قد تم العثور عليها في وقت سابق. إذا كان هذا الجسيم يطيع قوانين الفيزياء الجديدة ، فربما يكون هناك تفاعل جديد. بما أن الفيزيائيين تقليديًا يتحدثون عن أربعة تفاعلات أساسية معروفة (الجاذبية ، الكهرومغناطيسية ، قوية وضعيفة) ، فإن هذا التفاعل الافتراضي الجديد كان يسمى "الخامس".

إن تاريخ نظريات واكتشافات التفاعل الخامس متنوع تمامًا ، ويستمر عدة عقود ، وضمن إطاره ظهرت أبعاد وأفكار جديدة تختفي لاحقًا. من ناحية أخرى ، هناك ألغاز لا يمكن تفسيرها بالفيزياء العادية - على سبيل المثال ، المادة المظلمة. على الرغم من أن المادة المظلمة تم تصميمها دائمًا على أنها الشكل الوحيد للجسيم الضخم المستقر الذي يعاني من الجاذبية وليس واحدة من القوى المعروفة الأخرى ، فلا توجد أسباب تمنع المادة المظلمة من المشاركة في مثل هذه التفاعلات التي لا يشارك فيها العادي. بعد كل شيء ، تشارك المادة العادية في تفاعلات لا يشارك فيها الظلام - لذلك لا يوجد شيء غبي هنا.



هناك العديد من الأفكار حول التفاعلات التي تؤثر فقط على المادة المظلمة ، وتسمى عمومًا " المادة المظلمة المعقدة"". إحدى الأفكار المعروفة تتحدث عن وجود الفوتون المظلم يتفاعل مع الشحنة المظلمة التي تحملها المادة المظلمة فقط. هذا الجسيم هو نظير مظلم لفوتون المادة العادية يتفاعل مع شحنة كهربائية معروفة لنا ، ولكن باستثناء واحد: بعض نظريات المادة المظلمة المعقدة تمنح الظلام الفوتونات الجماعية ، على عكس الفوتونات العادية ،

إذا وجدت الفوتونات المظلمة ، يمكن أن ترتبط بالمادة العادية (والفوتونات العادية) وتتحلل إلى أزواج الإلكترون البوزيترون ، والتي درستها المجموعة علماء Nger ، نظرًا لأن الفوتونات المظلمة لا تتفاعل مع شحنة كهربائية عادية ، يمكن أن ينشأ هذا الاتصال فقط بسبب مراوغات ميكانيكا الكم ، ولكن إذا بدأ العلماء في ملاحظة زيادة في أزواج الإلكترونات والبوزيترون ، فقد يعني هذا أنهم يراقبون الفوتونات المظلمة.

وجدت مجموعة Irvine نموذجًا يتضمن جسيمًا "رهاب الخوف" ، غير مستبعد من القياسات المبكرة ، قادرًا على تفسير النتيجة المجرية. "بروتوفوبيك" ، أي جسيمات "تتجنب البروتونات" ، نادرًا أو لا تتفاعل أبدًا مع البروتونات ، ولكن يمكن أن تتفاعل مع النيوترونات (العدلات).

الجسيم الذي اقترحته مجموعة Irvine متورط في التفاعل الخامس غير المعروف ، والذي يظهر على مسافة 12 femtometers ، أو 12 مرة أكبر من حجم البروتون. الجسيم هو رهاب الخوف والعدلات. تبلغ كتلة الجسيمات 17 مليون eV ويمكن أن تتحلل إلى أزواج الإلكترون البوزيترون. بالإضافة إلى شرح التجربة المجرية ، يمكن أن يفسر هذا الجسيم أيضًا بعض التناقضات الموجودة في التجارب الأخرى. يضيف هذا الأخير القليل من الوزن لهذه الفكرة.

تفاعل متغير للنموذج؟

هذه هي الطريقة.

ماذا يمكن أن يكون صحيحا؟ البيانات هي الشيء الرئيسي. ستكون هناك حاجة لتجارب أخرى لتأكيد أو دحض التغييرات. كل شيء آخر لا يهم. لكن هذا سيستغرق حوالي عام ، وسيكون من الجميل أن نتوصل إلى فكرة ما خلال هذا الوقت. إن أفضل طريقة لتقييم احتمالية تحول الاكتشاف إلى حقيقة هي دراسة سمعة الباحثين الذين شاركوا في التجربة. هذه ، بالطبع ، طريقة مبتذلة للقيام بالعلوم ، لكنها يمكن أن تخبط توقعاتك.

لنبدأ مع مجموعة Irvine. يتمتع الكثير منهم (خاصة المديرين) بسمعة جيدة وخبراء راسخين في هذا المجال ، ولديهم وظائف جيدة في السيرة الذاتية. عمر المجموعة مختلف ، هناك مشاركين كبار السن وصغار السن. أنا شخصيا أعرف بعضهم ، اثنان منهم قرأوا الأجزاء النظرية في فصول كتاب كتبته للتأكد من أنني لم أفعل أي شيء غبي هناك (بالمناسبة ، لم يجدوا أخطاء ، لكنهم ساعدوا في توضيح بعض النقاط). هذا يفسر احترامي لأعضاء مجموعة ايرفين ، على الرغم من أنه قد يجعلني متحيزًا. أنا متأكد تقريبًا من أن عملهم في مقارنة النموذج الجديد بالبيانات الحالية كان شاملاً ومهنيًا. اكتشفوا منطقة صغيرة وغير مستكشفة من النظريات المحتملة.

من ناحية أخرى ، فإن النظرية نفسها هي بالأحرى مضاربة وغير مرجحة. هذه ليست جملة - هذا هو الحال مع جميع النظريات. بعد كل شيء ، النموذج القياسي الذي يحكم فيزياء الجسيمات معروف منذ 50 عامًا ومفهوم جيدًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن جميع النظريات الجديدة تخمينية وغير محتملة ، ومعظمها غير صحيح. هذه ليست جملة سواء. هناك العديد من الطرق لإضافة التصحيحات إلى النظريات الموجودة لشرح الظواهر الجديدة. وكل شيء لا يمكن أن يكون صحيحا. وأحيانًا لا تكون أي من النظريات المقترحة صحيحة.

ومع ذلك ، يمكن الاستنتاج ، بناءً على سمعة أعضاء المجموعة ، أنهم توصلوا إلى فكرة جديدة ومقارنتها بجميع البيانات ذات الصلة بها. حقيقة أنهم نشروا نموذجهم يعني أنهم اجتازوا اختباراتهم ، وظلوا فرصة معقولة ، وإن كانت غير مرجحة.

ماذا عن المجموعة المجرية؟ لا أعرف أيًا منهم شخصيًا ، ولكن تم نشر المقالة في Physical Review Letters - وهذا لصالحهم بالفعل. ومع ذلك ، نشرت هذه المجموعة ورقتين سابقتين لوحظت فيهما شذوذات مماثلة ، بما في ذلك جسيم محتمل يزن 12 مليون فولت ، وجسيم يزن 14 مليون فولت . تم دحض كلا العملين من خلال تجارب أخرى.

علاوة على ذلك ، لم توضح المجموعة المجرية سبب الأخطاء في الأعمال التي تم دحضها. دليل آخر هو أن المجموعة نادرًا ما تنشر بيانات لا تحتوي على حالات شاذة. هذا غير مرجح. في مهنتي البحثية ، دعمت معظم المنشورات النظريات الموجودة. الشذوذات المتكررة نادرة جدًا.

إذن ما هو الحد الأدنى؟ هل يجب أن أفرح باكتشاف جديد؟ حسنًا ، بالطبع ، الاكتشافات المحتملة مثيرة للاهتمام دائمًا. لقد صمد النموذج القياسي للاختبار لمدة 50 عامًا ، ولكن هناك ألغاز غير مبررة ، ويبحث المجتمع العلمي دائمًا عن اكتشافات تشير إلى نظريات جديدة وغير مثبتة. ولكن ما هي احتمالات أن يقود هذا القياس والنظرية المجتمع العلمي إلى قبول وجود تفاعل خامس مع نصف قطر عمل يبلغ 12 أف أم وجسيمًا حذرًا من البروتونات؟ يبدو لي أن هناك فرص قليلة. لست متفائلا بشأن الفكرة.

بالطبع ، الرأي هو مجرد رأي ، حتى لو كان إعلامًا. ستبحث التجارب الأخرى أيضًا عن الفوتونات المظلمة ، لأنه حتى إذا فشلت القياسات المجرية في اجتياز التحقق ، فستوجد مشكلة المادة المظلمة. ستدرس العديد من التجارب في البحث عن الفوتونات المظلمة نفس الفضاء من المعلمات (أوضاع الطاقة والكتلة والاضمحلال) التي وجد فيها شذوذًا ، وفقًا للباحثين الهنغاريين. قريبًا ، خلال العام ، سنكتشف ما إذا كان هذا الوضع الشاذ اكتشافًا أو خللًا آخر أزعج المجتمع مؤقتًا ، بحيث يمكن التخلص منه بعد تلقي بيانات أكثر دقة. ولكن بغض النظر عن الكيفية التي ستنتهي بها ، فسوف تؤدي إلى تحسين العلم.

Source: https://habr.com/ru/post/ar397345/