Quinta interacción fundamental: ¿verdad o ficción?
El autor del artículo es Don Lincoln, un científico senior en el laboratorio del Fermilab LHC, que trabaja bajo los auspicios del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Recientemente escribió un libro llamado El gran colisionador de hadrones: una historia inusual del bosón de Higgs y otras cosas que lo sorprenderán .La ciencia tiene una relación compleja con Internet: la ciencia avanza mediante la evaluación cuidadosa y exhaustiva de datos y teoría, y este proceso puede llevar años. Y en Internet, la capacidad de concentración del público recuerda al pez Disney de Dory de la película "Buscando a Nemo" (Y ahora, "Buscando a Dory"): hay un meme, aquí hay una foto de una estrella ... Oh, mira, un gato gracioso ...Por lo tanto, las personas interesadas en la ciencia seria deben tener cuidado con la información publicada en Internet que establece un estudio científico que está cambiando fundamentalmente el paradigma de la ciencia. Un ejemplo reciente es un artículo que argumenta sobre el posible descubrimiento de una quinta interacción fundamental. Si ese fuera el caso, tendríamos que reescribir los libros de texto.Como físico, quiero arrojar luz científica disciplinada sobre esta afirmación.Quinta interacción
Entonces, ¿qué se reclama?En un artículo publicado en arXiv el 7 de abril de 2015, un grupo de investigadores húngaros describió un estudio del comportamiento de un intenso haz de protones en blancos delgados de litio. Las colisiones detectadas crearon núcleos excitados de berilio-8, que se descompusieron en pares de berrylium-8 y electrones-positrones ordinarios.
Afirmaron que los datos que obtuvieron no podían explicarse por fenómenos físicos conocidos en el Modelo Estándar, que gobierna la física de partículas moderna. Pero una explicación de estos datos fue posible con la existencia de una partícula hasta ahora desconocida con una masa de 17 millones de eV, que es 32.7 veces más pesada que un electrón, o el 2% de la masa de un protón. Las partículas que aparecen en tales energías, que son bastante bajas para los estándares modernos, están bien estudiadas. Y sería muy inesperado si se descubriera uno nuevo allí.Sin embargo, las mediciones se sometieron a una evaluación experta y se publicaron el 26 de enero de 2016 en la revista Physical Review Letters , una de las revistas de física más prestigiosas del mundo. En esta publicación, los investigadores y su investigación han superado un obstáculo impresionante.Esta medida apenas se notó hasta que un grupo de físicos teóricos de la Universidad de California en Irvine (UCI) le prestó atención. Y como suelen hacer los teóricos con mediciones físicas controvertidas, el equipo los comparó con el trabajo existente recopilado en los últimos cien años para ver si los nuevos datos son consistentes con la información ya recopilada. En este caso, se compararon con una docena de estudios publicados.Descubrieron que, aunque las mediciones no entraban en conflicto con estudios anteriores, observaron algo que no se había encontrado antes, y algo que el Modelo estándar no podía explicar.Nueva plataforma teórica.
Para comprender las dimensiones húngaras, a este grupo de teóricos de la UCI se le ocurrió una nueva teoría.Esta teoría es muy exótica. Comenzaron con una suposición razonable de que la nueva partícula posible no se explica por la teoría existente. Esto tiene sentido, ya que una posible nueva partícula tiene una pequeña masa, y si fuera descrita por las conocidas leyes de la física, se habrían encontrado antes. Si esta partícula obedece las nuevas leyes de la física, tal vez haya una nueva interacción. Como tradicionalmente los físicos hablan de cuatro interacciones fundamentales conocidas (gravedad, electromagnetismo, fuerte y débil), esta nueva interacción hipotética se llamó la "quinta".La historia de las teorías y los descubrimientos de la quinta interacción es bastante diversa, dura varias décadas y, dentro de su marco, surgieron nuevas dimensiones e ideas que desaparecieron más tarde. Por otro lado, hay acertijos que la física ordinaria no puede explicar, por ejemplo, la materia oscura. Aunque la materia oscura siempre se ha modelado como la única forma de una partícula masiva estable que experimenta la gravedad y no una de las otras fuerzas conocidas, no hay razones por las cuales la materia oscura no participe en tales interacciones en las que el ordinario no participa. Después de todo, la materia ordinaria está involucrada en interacciones en las que la oscuridad no participa, por lo que no hay nada estúpido aquí.
Hay muchas ideas sobre las interacciones que afectan solo a la materia oscura, y generalmente se llaman " materia oscura compleja"". Una de las ideas conocidas habla de la existencia de un fotón oscuro que interactúa con una carga oscura transferida solo por la materia oscura. Esta partícula es un análogo oscuro de un fotón de materia ordinaria que interactúa con una carga eléctrica conocida por nosotros, pero con una excepción: algunas teorías de la materia oscura compleja confieren oscuridad fotones en masa, a diferencia de los fotones ordinarios.Si existen fotones oscuros, pueden unirse a la materia ordinaria (y fotones ordinarios) y descomponerse en pares electrón-positrón, que el grupo estudió Nger científicos, dado que los fotones oscuros no interactúan con una carga eléctrica ordinaria, esta conexión solo puede surgir debido a las peculiaridades de la mecánica cuántica, pero si los científicos comienzan a observar un aumento en los pares de electrones-positrones, esto podría significar que están observando fotones oscuros.El grupo Irvine encontró un modelo que incluía una partícula "protofóbica", no excluida por las primeras mediciones, capaz de explicar el resultado húngaro. Las partículas "protofóbicas", es decir, "que evitan los protones", rara vez o casi nunca interactúan con los protones, pero pueden interactuar con los neutrones (neutrofílicos).La partícula propuesta por el grupo Irvine está involucrada en la quinta interacción desconocida, que aparece a una distancia de 12 femtómetros, o 12 veces más grande que el tamaño del protón. La partícula es protofóbica y neutrofílica. La masa de partículas es de 17 millones de eV y puede descomponerse en pares electrón-positrón. Además de explicar el experimento húngaro, dicha partícula también podría explicar algunas inconsistencias encontradas en otros experimentos. Este último agrega un poco de peso a esta idea.¿Una interacción que cambia el paradigma?
Así son las cosas.¿Qué puede ser verdad? Los datos son lo principal. Se requerirán otros experimentos para confirmar o refutar los cambios. Todo lo demás no importa. Pero esto tomará alrededor de un año, y sería bueno tener alguna idea durante este tiempo. La mejor manera de evaluar la probabilidad de que un descubrimiento sea real es estudiar la reputación de los investigadores que participaron en el experimento. Esto, por supuesto, es una forma vulgar de hacer ciencia, pero puede amortiguar sus expectativas.Comencemos con el grupo Irvine. Muchos de ellos (especialmente los gerentes) tienen una buena reputación y son expertos bien establecidos en el campo, y tienen buenos trabajos en el currículum. La edad del grupo es diferente, hay participantes mayores y jóvenes. Personalmente conozco algunos de ellos, dos de ellos leen las partes teóricas en los capítulos de un libro que escribí para asegurarme de que no hice nada estúpido allí (Por cierto, no encontraron errores, pero ayudaron a aclarar algunos puntos). Esto explica mi respeto por los miembros del grupo Irvine, aunque puede hacerme parcial. Estoy casi seguro de que su trabajo al comparar el nuevo modelo con los datos existentes fue minucioso y profesional. Descubrieron una región pequeña e inexplorada de posibles teorías.Por otro lado, la teoría en sí misma es bastante especulativa e improbable. Esta no es una oración, ese es el caso de todas las teorías. Después de todo, el modelo estándar que rige la física de partículas se conoce desde hace 50 años y se entiende bien. Además, todas las nuevas teorías son especulativas e improbables, y la mayoría de ellas son incorrectas. Esta tampoco es una oración. Hay muchas formas de agregar correcciones a las teorías existentes para explicar nuevos fenómenos. Y todo no puede ser verdad. Y a veces ninguna de las teorías propuestas es cierta.Sin embargo, se puede concluir, basándose en la reputación de los miembros del grupo, que se les ocurrió una nueva idea y la compararon con todos los datos relevantes para ella. El hecho de que publicaron su modelo significa que pasó sus pruebas y siguió siendo una oportunidad plausible, aunque poco probable.¿Qué pasa con el grupo húngaro? No conozco a ninguno de ellos personalmente, pero el artículo fue publicado en Physical Review Letters; esto ya les beneficia. Sin embargo, este grupo publicó dos documentos anteriores en los que se observaron anomalías similares, incluida una posible partícula que pesaba 12 millones de eV, y una partícula que pesaba 14 millones de eV . Ambas obras fueron refutadas por otros experimentos.Además, el grupo húngaro no explicó qué causó los errores en las obras refutadas. Otra pista es que el grupo rara vez publica datos que no contienen anomalías. Esto es poco probable En mi carrera investigadora, la mayoría de las publicaciones han respaldado las teorías existentes. Las anomalías recurrentes son muy raras.Entonces, ¿cuál es el resultado final? ¿Debo alegrarme por un nuevo descubrimiento? Bueno, por supuesto, los posibles descubrimientos siempre son interesantes. El modelo estándar ha resistido la prueba durante 50 años, pero hay acertijos inexplicables, y la comunidad científica siempre está buscando descubrimientos que apunten a teorías nuevas y no probadas. Pero, ¿cuáles son las posibilidades de que esta medición y esta teoría lleven a la comunidad científica a aceptar la existencia de una quinta interacción con un radio de acción de 12 fm y una partícula que desconfía de los protones? Me parece que hay pocas posibilidades. No soy optimista sobre la idea.Por supuesto, una opinión es solo una opinión, incluso si es informativa. Otros experimentos también buscarán fotones oscuros, porque incluso si las mediciones húngaras no pasan la verificación, existirá un problema de materia oscura. Muchos experimentos en busca de fotones oscuros estudiarán el mismo espacio de parámetros (energía, masa y modos de descomposición) en el que, según los investigadores húngaros, se encuentra una anomalía. Pronto, durante el año, descubriremos si esta anomalía fue un descubrimiento u otra falla que perturbó temporalmente a la comunidad, para que pudiera descartarse después de recibir datos más precisos. Pero no importa cómo termine, seguirá dando como resultado una ciencia mejorada.Source: https://habr.com/ru/post/es397345/
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