Fragen Sie Ethan: Stimmt es, dass der Beweis für die Existenz einer neuen, fünften Interaktion erbracht wird?

Modell eines Beschleunigers, mit dem Lithium in einem Schlüsselexperiment bombardiert wurde. Befindet sich am Eingang zum Institut für Kernforschung der Ungarischen Akademie der Wissenschaften.

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik - Teilchen und ihre Wechselwirkungen, das alles beschreibt, was wir jemals im Labor erzeugt haben oder kollidierten - kommt überraschend gut mit der Vorhersage von allem zurecht, was in unseren Experimenten sichtbar ist. Von Materie zu Antimaterie, von Synthese zu Spaltung, von masselos bis zu den schwersten Partikeln - diese Grundregeln haben alle experimentellen Tests bestanden. Aber vielleicht versteckt sich ein unerwartetes Phänomen in den Spuren des radioaktiven Zerfalls. Unser Leser aus Ungarn möchte wissen:

Nachrichten über die Eröffnung der fünften Interaktion in Ungarn sind sehr weit verbreitet. Es würde mich interessieren, Ihren Standpunkt zu diesem Thema zu kennen. Denken Sie, dass dies wahr ist, oder sind Sie skeptisch?

Wenn Sie auf Berichte über die Entdeckung der fünften Wechselwirkung gestoßen sind, basiert das fragliche Experiment auf einem äußerst instabilen Isotop: Beryllium-8.



Wenn wir über den Bestandteil sprechen, ist der wahrscheinlich wichtigste Teil des Puzzles dieses Isotop. Unsere Sonne und fast alle Sterne erhalten Energie, indem sie Helium aus Wasserstoff, insbesondere Helium-4, mit zwei Protonen und zwei Neutronen synthetisieren. In den späteren Lebensphasen wird der mit Helium gefüllte Sonnenkern schrumpfen und sich erwärmen und versuchen, noch schwerere Elemente zu erzeugen. Wenn Sie zwei Helium-4-Kerne kombinieren, können Sie einen Kern mit vier Protonen und vier Neutronen erhalten: Beryllium-8. Das einzige Problem ist die extreme Instabilität von Beryllium-8, das sich nach ^10-17 s wieder in zwei Helium-4 zersetzt. Nur in den Kernen der roten Riesen ist die Materiedichte so hoch, dass es möglich ist, den dritten Kern von Helium-4 rechtzeitig einzustellen und Kohlenstoff-12 zu erzeugen und erfolgreich immer schwerere Elemente aufzubauen.



Ansonsten zersetzt sich Beryllium-8 wie in allen Laborexperimenten einfach wieder in zwei Heliumkerne. Unsere experimentellen Technologien sind jedoch sehr ausgefeilt, und selbst in den kurzen Momenten seines Lebens können wir Beryllium-8 nicht nur auf andere Weise erzeugen (Lithium-7 mit Protonen bombardieren), sondern auch in einem angeregten Zustand, in dem es vor dem Zerfall ein hochenergetisches Photon emittiert. Dieses Photon hat genug Energie, um in ein Elektron / Positron-Paar zerfallen zu können - was bei allen Photonen mit ausreichend hoher Energie der Fall ist. Wenn Sie den relativen Winkel zwischen dem Elektron und dem Positron messen, erwarten Sie, dass er umso größer ist, je kleiner die Photonenenergie ist. Dies ergibt sich aus den Gesetzen der Energie- und Impulserhaltung, gemischt mit kleinen Zufallsvariablen in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Zerfalls.



Aber das ungarische Team um Atilla Krasnakhorkai fand das überhaupt nicht. Mit zunehmendem Winkel sollte der Anteil an Elektronen und Positronen abnehmen. Wissenschaftler haben jedoch einen unerwarteten relativen Anstieg in einem Winkel von 140 Grad festgestellt, was sehr viel bedeuten kann. Z.B:

• Ein Fehler im Experiment, wenn es kein Signal, sondern etwas anderes misst.
• Ein Analysefehler beim Anwenden des falschen Slice (Sie entscheiden, welche Daten es wert sind, verlassen zu werden, und welche Informationen nutzloses umweltschädliches Rauschen sind, das Sie entfernen müssen).
• Wenn das Ergebnis zuverlässig ist, kann dies auf die Existenz eines neuen Partikels hinweisen: entweder eines zusammengesetzten Partikels, das aus Partikeln eines Standardmodells besteht, oder, was noch interessanter ist, eines völlig neuen, fundamentalen.

Die Daten scheinen ziemlich gut zu sein. Natürlich kündigte dasselbe ungarische Team die Entdeckung von „Unregelmäßigkeiten“ beim Zerfall von angeregtem Beryllium-8 an, jedoch nicht mit einer solchen Signifikanz - 1 Chance von 10 ^11, dass dies eine statistische Zufälligkeit ist (6,8-σ) - und nicht mit einer solchen Anzahl der Ereignisse: Hunderte von Ereignissen in vielen Kanälen im Hintergrund. Nur ein massives instabiles Teilchen würde mit einem anderen Streuwinkel zerfallen als die in diesem Experiment erwarteten masselosen Teilchen (Photonen) - und dies ist immer noch die Haupterklärung für die „Rauheit“ des Graphen bei einem Winkel von 140 °. Wenn sich das als wahr herausstellt. Krasnakhorkai drückt großes Vertrauen in sein Ergebnis aus, das mit Geräten gemessen wurde, die im Vergleich zu ihren vorherigen Experimenten gründlich aktualisiert wurden.



Das Ergebnis ist möglicherweise nicht gerechtfertigt. es ist möglicherweise nicht möglich zu reproduzieren; Dies kann ein Experimentfehler sein. Dies ist der beste Teil, aber auch die Last der wissenschaftlichen Arbeit: Selbst die zuverlässigsten und bahnbrechendsten Ergebnisse müssen unabhängig bestätigt werden. Aber wenn es ein neues Teilchen ist, kann es alles verändern. Die Restenergie eines Teilchens - 17 MeV / c ² - ist sehr interessant. Sein Spin ist 1, was anzeigt, dass es sich um ein Boson (oder etwas Ähnliches) handelt. Es bewegt sich eine ausreichend große Strecke, um seine Lebensdauer von ¹⁰ bis ¹⁴ Sekunden zu messen - was uns sagt, dass dies ein schwacher und nicht elektromagnetischer Zerfall ist - das heißt, es ist ein nicht verwandter Zustand von Leptonen. Es kann keine Kombination aus zwei Quarks sein, weil es zu leicht ist - sonst müsste es zehnmal schwerer sein. Wenn es sich um ein echtes Partikel handelt, handelt es sich höchstwahrscheinlich um eine völlig neue Art von Partikeln , die nicht Teil des Standardmodells sind.



Diese Erklärung gilt für alles:

• Aufgrund des Verhältnisses seiner Ruhemasse zu den Massen des Elektrons und des Positrons, in das es zerfällt, würde es zu einem solchen Ausbreitungswinkel (140º) von Zerfallsprodukten kommen.
• Es würde uns den ersten Ausweg über das Standardmodell hinaus geben, das unserer Meinung nach existieren sollte und das wir immer noch nicht gefunden haben.
• Im Potenzial könnte es sogar den anomalen Wert des magnetischen Moments des Myons erklären, eines schwereren Verwandten des Elektrons.

Dies ist jedoch nur dann der Fall, wenn das Partikel tatsächlich existiert. Ein Ergebnis von 6,8-σ wäre im Fall einer Blindanalyse aufregend, aber ein Team von Wissenschaftlern suchte speziell nach einem Partikel dieses Typs. In der Wissenschaft gibt es eine Geschichte von Entdeckungen darüber, wonach Wissenschaftler genau gesucht haben, auch wenn dies tatsächlich nicht existierte. Fokke de Boer, der diese Experimente vor Krasnakhorkai durchführte, entdeckte solche Partikel, konnte seine Ergebnisse jedoch nicht bestätigen und reproduzieren.



Wir wissen, dass es außerhalb des Standardmodells neue Grundlagenphysik, neue Teilchen und neue Wechselwirkungen geben muss, und vielleicht wurde der erste Hinweis darauf in diesem Experiment entdeckt. Bei der Beantwortung der Frage des Lesers bin ich gleichzeitig skeptisch gegenüber den Ergebnissen und kann mir vorstellen, dass sie real sind. Die Entdeckung eines Neutrinos, das sich auf OPERA schneller als Licht bewegt, und die Entdeckung des Higgs-Bosons in CMS / ATLAS-Experimenten waren von gleicher Qualität. Nur Zeit und zusätzliche Studien werden bestimmen, welcher Typ dieses neue Ergebnis sein wird, das möglicherweise ein Teilchen der dunklen Materie sein kann.