Cinquième interaction fondamentale: vérité ou fiction?
L'auteur de l'article est Don Lincoln, scientifique principal au laboratoire du Fermilab LHC, travaillant sous les auspices du département américain de l'Énergie. Il a récemment écrit un livre intitulé The Large Hadron Collider: An Unusual Story of the Higgs Boson and Other Things That Will Amazon You .La science a une relation complexe avec Internet: la science progresse en évaluant soigneusement et en profondeur les données et la théorie, et ce processus peut prendre des années. Et sur Internet, la capacité du public à se concentrer fait penser au poisson Disney de Dory du film "Finding Nemo" (Et maintenant, "Finding Dory") - il y a un mème, voici une image de star ... Oh, regardez - un drôle de chat ...Par conséquent, les personnes intéressées par la science sérieuse devraient faire attention aux informations publiées sur Internet indiquant une étude scientifique qui change fondamentalement le paradigme de la science. Un exemple récent est un article qui discute de la découverte possible d'une cinquième interaction fondamentale. Si tel était le cas, il faudrait réécrire les manuels.En tant que physicien, je veux apporter un éclairage scientifique discipliné sur cette déclaration.Cinquième interaction
Alors, qu'est-ce qui est revendiqué?Dans un article publié sur arXiv le 7 avril 2015, un groupe de chercheurs hongrois a décrit une étude du comportement d'un faisceau de protons intense sur des cibles minces au lithium. Les collisions détectées ont créé des noyaux de béryllium-8 excités, qui se sont désintégrés en paires de berrylium-8 et d'électrons-positrons ordinaires.
Ils ont déclaré que les données qu'ils avaient obtenues ne pouvaient pas être expliquées par des phénomènes physiques connus dans le modèle standard, qui régit la physique des particules moderne. Mais une explication de ces données était possible avec l'existence d'une particule jusqu'alors inconnue avec une masse de 17 millions d'eV, ce qui est 32,7 fois plus lourd qu'un électron, soit 2% de la masse d'un proton. Les particules apparaissant à de telles énergies, qui sont assez faibles par rapport aux normes modernes, sont bien étudiées. Et il serait très inattendu d'en découvrir un nouveau.Cependant, les mesures ont fait l'objet d'une expertise et ont été publiées le 26 janvier 2016 dans la revue Physical Review Letters , l'une des revues les plus prestigieuses en physique du monde. Dans cette publication, les chercheurs et leurs recherches ont surmonté un obstacle impressionnant.Cette mesure a été à peine remarquée jusqu'à ce qu'un groupe de physiciens théoriciens de l'Université de Californie à Irvine (UCI) y prête attention. Et comme le font généralement les théoriciens ayant des mesures physiques controversées, l'équipe les a comparés aux travaux existants collectés au cours des cent dernières années pour voir si les nouvelles données sont cohérentes avec les informations déjà collectées. Dans ce cas, ils ont comparé avec une douzaine d'études publiées.Ils ont constaté que bien que les mesures ne soient pas en conflit avec les études précédentes, ils ont observé quelque chose qui n'avait pas été rencontré auparavant - et quelque chose qui ne pouvait pas être expliqué par le modèle standard.Nouvelle plateforme théorique
Pour comprendre les dimensions hongroises, ce groupe de théoriciens de l'UCI a proposé une nouvelle théorie.Cette théorie est très exotique. Ils ont commencé avec l'hypothèse raisonnable que la nouvelle particule possible n'est pas expliquée par la théorie existante. Cela a du sens, car une nouvelle particule éventuelle a une petite masse, et si elle avait été décrite par les lois bien connues de la physique, elle aurait été trouvée plus tôt. Si cette particule obéit aux nouvelles lois de la physique, une nouvelle interaction est peut-être présente. Comme les physiciens parlent traditionnellement de quatre interactions fondamentales connues (gravité, électromagnétisme, fort et faible), cette nouvelle interaction hypothétique a été appelée la «cinquième».L'histoire des théories et des découvertes de la cinquième interaction est assez diverse, elle dure plusieurs décennies, et dans son cadre de nouvelles dimensions et idées ont surgi pour disparaître plus tard. D'un autre côté, il y a des énigmes qui ne peuvent pas être expliquées par la physique ordinaire - par exemple, la matière noire. Bien que la matière noire ait toujours été modélisée comme la seule forme d'une particule massive stable soumise à la gravité et non à l'une des autres forces connues, il n'y a aucune raison pour que la matière noire ne participe pas à de telles interactions auxquelles l'ordinaire ne participe pas. Après tout, la matière ordinaire est impliquée dans des interactions auxquelles l'obscurité ne participe pas - il n'y a donc rien de stupide ici.
Il existe de nombreuses idées sur les interactions qui n'affectent que la matière noire, et elles sont généralement appelées " matière noire complexe"". L'une des idées connues parle de l'existence d'un photon sombre interagissant avec une charge sombre transférée uniquement par la matière sombre. Cette particule est un analogue sombre d'un photon de matière ordinaire interagissant avec une charge électrique que nous connaissons, mais à une exception près: certaines théories de la matière sombre complexe confèrent à la matière sombre les photons de masse, contrairement aux photons ordinaires.S'il existe des photons sombres, ils peuvent se lier à la matière ordinaire (et aux photons ordinaires) et se désintégrer en paires électron-positon, que le groupe a étudié Les scientifiques de Nger, puisque les photons sombres n'interagissent pas avec une charge électrique ordinaire, cette connexion ne peut se produire qu'en raison des caprices de la mécanique quantique, mais si les scientifiques ont commencé à observer une augmentation des paires électron-positron, cela pourrait signifier qu'ils observent des photons sombres.Le groupe Irvine a trouvé un modèle qui comprenait une particule «protophobe», non exclue par les premières mesures, capable d'expliquer le résultat hongrois. Les particules "protophobes", c'est-à-dire "évitant les protons", interagissent rarement ou presque jamais avec les protons, mais peuvent interagir avec les neutrons (neutrophiles).La particule proposée par le groupe Irvine est impliquée dans la cinquième interaction inconnue, qui apparaît à une distance de 12 femtomètres, soit 12 fois plus grande que la taille du proton. La particule est protophobe et neutrophile. La masse des particules est de 17 millions d'eV et peut se désintégrer en paires électron-positon. En plus d'expliquer l'expérience hongroise, une telle particule pourrait également expliquer certaines incohérences trouvées dans d'autres expériences. Ce dernier ajoute un peu de poids à cette idée.Une interaction qui change de paradigme?
C'est comme ça.Qu'est-ce qui pourrait être vrai? Les données sont la chose principale. D'autres expériences seront nécessaires pour confirmer ou infirmer les changements. Tout le reste n'a pas d'importance. Mais cela prendra environ un an, et ce serait bien d'avoir une idée pendant cette période. La meilleure façon d'évaluer la probabilité qu'une découverte se révèle réelle est d'étudier la réputation des chercheurs qui ont participé à l'expérience. Bien sûr, c'est une façon vulgaire de faire de la science, mais cela peut étouffer vos attentes.Commençons par le groupe Irvine. Beaucoup d'entre eux (en particulier les gestionnaires) ont une bonne réputation et sont des experts bien établis dans le domaine, et ils ont de bons emplois dans le curriculum vitae. L'âge du groupe est différent, il y a des participants âgés et jeunes. Je connais personnellement certains d'entre eux, deux d'entre eux ont lu les parties théoriques des chapitres d'un livre que j'ai écrit pour m'assurer que je n'ai rien fait de stupide là-bas (Au fait, ils n'ont pas trouvé d'erreurs, mais ils ont aidé à clarifier certains points). Cela explique mon respect pour les membres du groupe Irvine, même si cela peut me rendre biaisé. Je suis presque sûr que leur travail de comparaison du nouveau modèle avec les données existantes a été approfondi et professionnel. Ils ont découvert une petite région inexplorée de théories possibles.D'un autre côté, la théorie elle-même est plutôt spéculative et peu probable. Ce n'est pas un verdict - cela peut être dit de toutes les théories. Après tout, le modèle standard régissant la physique des particules est connu depuis 50 ans et est bien compris. De plus, toutes les nouvelles théories sont spéculatives et peu probables, et la plupart d'entre elles sont incorrectes. Ce n'est pas non plus une phrase. Il existe de nombreuses façons d'ajouter des corrections aux théories existantes pour expliquer de nouveaux phénomènes. Et tout ne peut pas être vrai. Et parfois, aucune des théories proposées n'est vraie.Cependant, on peut conclure, sur la base de la réputation des membres du groupe, qu'ils ont trouvé une nouvelle idée et l'ont comparée avec toutes les données pertinentes. Le fait qu'ils aient publié leur modèle signifie qu'il a réussi leurs tests et est resté une opportunité plausible, quoique peu probable.Et le groupe hongrois? Je ne connais aucun d'eux personnellement, mais l'article a été publié dans Physical Review Letters - cela va déjà à leur avantage. Cependant, ce groupe a publié deux articles précédents dans lesquels des anomalies similaires ont été observées, y compris une particule possible pesant 12 millions d'eV et une particule pesant 14 millions d'eV . Les deux travaux ont été réfutés par d'autres expériences.En outre, le groupe hongrois n'a pas expliqué la cause des erreurs dans les travaux réfutés. Un autre indice est que le groupe publie rarement des données qui ne contiennent pas d'anomalies. C'est peu probable. Dans ma carrière de chercheur, la plupart des publications ont soutenu les théories existantes. Les anomalies récurrentes sont très rares.Alors, quel est le résultat net? Dois-je me réjouir d'une nouvelle découverte? Et bien sûr, les découvertes possibles sont toujours intéressantes. Le modèle standard a résisté à l'épreuve pendant 50 ans, mais il y a des énigmes inexpliquées, et la communauté scientifique est toujours à la recherche de découvertes qui pointent vers des théories nouvelles et non éprouvées. Mais quelles sont les chances que cette mesure et cette théorie conduisent la communauté scientifique à accepter l'existence d'une cinquième interaction avec un rayon d'action de 12 fm et une particule qui se méfie des protons? Il me semble qu'il y a peu de chances. Je ne suis pas optimiste quant à l'idée.Bien sûr, une opinion n'est qu'une opinion, même si elle est informative. D'autres expériences chercheront également des photons sombres, car même si les mesures hongroises ne réussissent pas la vérification, un problème de matière sombre existera. De nombreuses expériences à la recherche de photons sombres étudieront le même espace de paramètres (énergie, masse et modes de désintégration) dans lequel, selon des chercheurs hongrois, une anomalie est constatée. Bientôt, au cours de l'année, nous saurons si cette anomalie était une découverte ou un autre problème qui a temporairement perturbé la communauté, afin qu'elle puisse être éliminée après avoir reçu des données plus précises. Mais peu importe comment cela se terminera, cela entraînera toujours une amélioration de la science.Source: https://habr.com/ru/post/fr397345/
All Articles