Interaksi fundamental kelima: kebenaran atau fiksi?
Penulis artikel ini adalah Don Lincoln, seorang ilmuwan senior di laboratorium di Fermilab LHC, yang bekerja di bawah naungan Departemen Energi AS. Dia baru-baru ini menulis sebuah buku berjudul The Large Hadron Collider: Sebuah Cerita Tidak Biasa tentang Higgs Boson dan Hal-Hal Lain yang Akan Membuat Anda Takjub .Sains memiliki hubungan yang kompleks dengan Internet: sains bergerak maju dengan hati-hati dan menyeluruh mengevaluasi data dan teori, dan proses ini bisa memakan waktu bertahun-tahun. Dan di Internet, kemampuan pemirsa untuk berkonsentrasi mengingatkan pada ikan Disney Dory dari film "Finding Nemo" (Dan sekarang, "Finding Dory") - ada meme, ini gambar bintang ... Oh, lihat - kucing lucu ...Oleh karena itu, orang yang tertarik pada sains serius harus berhati-hati tentang informasi yang diposting di Internet yang menyatakan studi ilmiah yang secara fundamental mengubah paradigma sains. Contoh terbaru adalah artikel yang membahas tentang kemungkinan penemuan interaksi fundamental kelima. Jika itu masalahnya, kita harus menulis ulang buku pelajaran.Sebagai seorang ahli fisika, saya ingin menjelaskan secara ilmiah tentang pernyataan ini.Interaksi kelima
Jadi apa yang diklaim?Dalam sebuah artikel yang diposting di arXiv pada 7 April 2015, sekelompok peneliti Hungaria menggambarkan studi tentang perilaku sinar proton yang intens pada target lithium yang tipis. Tabrakan yang terdeteksi menciptakan inti berilium-8 tereksitasi, yang membusuk menjadi pasangan berrylium-8 dan elektron-positron biasa.
Mereka menyatakan bahwa data yang mereka peroleh tidak dapat dijelaskan oleh fenomena fisik yang diketahui dalam Model Standar, yang mengatur fisika partikel modern. Tetapi penjelasan dari data ini dimungkinkan dengan adanya partikel yang sampai sekarang tidak diketahui dengan massa 17 juta eV, yang 32,7 kali lebih berat dari elektron, atau 2% dari massa proton. Partikel yang muncul pada energi seperti itu, yang cukup rendah menurut standar modern, dipelajari dengan baik. Dan akan sangat tak terduga jika yang baru ditemukan di sana.Namun, pengukuran menjalani penilaian ahli dan diterbitkan pada 26 Januari 2016 di jurnal Physical Review Letters , salah satu jurnal paling bergengsi dalam fisika dunia. Dalam publikasi ini, para peneliti dan penelitian mereka telah mengatasi rintangan yang mengesankan.Pengukuran ini hampir tidak diperhatikan sampai sekelompok fisikawan teoritis dari University of California di Irvine (UCI) memperhatikannya. Dan seperti yang biasa dilakukan para ahli teori dengan pengukuran fisik kontroversial, tim membandingkannya dengan pekerjaan yang ada yang dikumpulkan selama seratus tahun terakhir untuk melihat apakah data baru konsisten dengan informasi yang telah dikumpulkan. Dalam hal ini, mereka membandingkan dengan selusin studi yang diterbitkan.Mereka menemukan bahwa meskipun pengukuran tidak bertentangan dengan studi sebelumnya, mereka mengamati sesuatu yang belum pernah ditemukan sebelumnya - dan sesuatu yang tidak dapat dijelaskan oleh Model Standar.Platform teoretis baru
Untuk memahami dimensi Hongaria, kelompok ahli teori dari UCI ini menghasilkan teori baru.Teori ini sangat eksotis. Mereka mulai dengan asumsi yang masuk akal bahwa partikel baru yang mungkin tidak dijelaskan oleh teori yang ada. Ini masuk akal, karena kemungkinan partikel baru memiliki massa kecil, dan jika itu dijelaskan oleh hukum fisika yang terkenal, mereka akan ditemukan sebelumnya. Jika partikel ini mematuhi hukum fisika baru, mungkin ada interaksi baru. Karena fisikawan tradisional berbicara tentang empat interaksi fundamental yang diketahui (gravitasi, elektromagnetisme, kuat dan lemah), interaksi hipotetis baru ini disebut "kelima".Sejarah teori dan penemuan interaksi kelima cukup beragam, berlangsung beberapa dekade, dan dalam kerangka kerjanya dimensi dan ide baru muncul kemudian. Di sisi lain, ada teka-teki yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika biasa - misalnya, materi gelap. Meskipun materi gelap selalu dimodelkan sebagai satu-satunya bentuk partikel masif stabil yang mengalami gravitasi dan bukan salah satu dari kekuatan yang diketahui lainnya, tidak ada alasan mengapa materi gelap tidak akan berpartisipasi dalam interaksi seperti itu di mana orang biasa tidak ambil bagian. Lagi pula, masalah biasa terlibat dalam interaksi di mana gelap tidak berpartisipasi - jadi tidak ada yang bodoh di sini.
Ada banyak ide tentang interaksi yang hanya memengaruhi materi gelap, dan umumnya disebut " materi gelap kompleks"". Salah satu ide yang diketahui berbicara tentang keberadaan foton gelap yang berinteraksi dengan muatan gelap yang ditransfer hanya oleh materi gelap. Partikel ini adalah analog gelap dari foton materi biasa yang berinteraksi dengan muatan listrik yang diketahui oleh kita, tetapi dengan satu pengecualian: beberapa teori materi gelap kompleks yang dimiliki endow dark foton massal, tidak seperti foton biasa.Jika foton gelap ada, mereka dapat mengikat materi biasa (dan foton biasa) dan membusuk menjadi pasangan elektron-positron, yang dipelajari kelompok Nger ilmuwan, karena foton gelap tidak berinteraksi dengan muatan listrik biasa, koneksi ini hanya dapat timbul karena keanehan mekanika kuantum, tetapi jika para ilmuwan mulai mengamati peningkatan pasangan elektron-positron, ini bisa berarti bahwa mereka mengamati foton gelap.Kelompok Irvine menemukan model yang memasukkan partikel “protophobic”, tidak dikecualikan oleh pengukuran awal, yang mampu menjelaskan hasil Hungaria. Partikel "protofobia", yaitu "penghindaran proton", jarang atau hampir tidak pernah berinteraksi dengan proton, tetapi dapat berinteraksi dengan neutron (neutrofilik).Partikel yang diusulkan oleh kelompok Irvine terlibat dalam interaksi kelima yang tidak diketahui, yang muncul pada jarak 12 femtometer, atau 12 kali lebih besar dari ukuran proton. Partikel ini protofobik dan neutrofilik. Massa partikel adalah 17 juta eV dan dapat membusuk menjadi pasangan elektron-positron. Selain menjelaskan eksperimen Hongaria, partikel seperti itu juga dapat menjelaskan beberapa inkonsistensi yang ditemukan dalam eksperimen lain. Yang terakhir menambahkan sedikit bobot pada ide ini.Interaksi yang mengubah paradigma?
Begitulah adanya.Apa yang benar? Data adalah hal utama. Eksperimen lain akan diperlukan untuk mengonfirmasi atau membantah perubahan. Segala sesuatu yang lain tidak masalah. Tetapi ini akan memakan waktu sekitar satu tahun, dan akan menyenangkan untuk datang dengan beberapa ide selama ini. Cara terbaik untuk menilai kemungkinan bahwa suatu penemuan akan menjadi nyata adalah dengan mempelajari reputasi para peneliti yang berpartisipasi dalam percobaan. Ini, tentu saja, adalah cara vulgar dalam melakukan sains, tetapi ini dapat meredam harapan Anda.Mari kita mulai dengan grup Irvine. Banyak dari mereka (terutama manajer) memiliki reputasi yang baik dan ahli di bidangnya, dan mereka memiliki pekerjaan yang baik dalam resume. Usia kelompok berbeda, ada peserta tua dan muda. Saya pribadi mengenal beberapa di antaranya, dua di antaranya membaca bagian teoretis dalam bab-bab buku yang saya tulis untuk memastikan bahwa saya tidak melakukan sesuatu yang bodoh di sana (Omong-omong, mereka tidak menemukan kesalahan, tetapi mereka membantu memperjelas beberapa poin). Ini menjelaskan rasa hormat saya kepada anggota kelompok Irvine, meskipun itu mungkin membuat saya bias. Saya hampir yakin bahwa pekerjaan mereka dalam membandingkan model baru dengan data yang ada adalah menyeluruh dan profesional. Mereka menemukan wilayah kecil dan belum dijelajahi dari teori yang mungkin.Di sisi lain, teori itu sendiri agak spekulatif dan tidak mungkin. Ini bukan vonis - ini bisa dikatakan dari semua teori. Bagaimanapun, Model Standar yang mengatur fisika partikel telah dikenal selama 50 tahun dan dipahami dengan baik. Selain itu, semua teori baru bersifat spekulatif dan tidak mungkin, dan kebanyakan dari mereka tidak benar. Ini juga bukan kalimat. Ada banyak cara untuk menambahkan koreksi pada teori yang ada untuk menjelaskan fenomena baru. Dan semua tidak mungkin benar. Dan kadang-kadang tidak ada teori yang diajukan itu benar.Namun, dapat disimpulkan, berdasarkan reputasi anggota kelompok, bahwa mereka datang dengan ide baru dan membandingkannya dengan semua data yang relevan dengannya. Fakta bahwa mereka menerbitkan model mereka berarti telah lulus ujian, dan tetap merupakan peluang yang masuk akal, meskipun tidak mungkin.Bagaimana dengan kelompok Hungaria? Saya tidak kenal mereka secara pribadi, tetapi artikel itu diterbitkan dalam Physical Review Letters - ini sudah menguntungkan mereka. Namun, kelompok ini menerbitkan dua makalah sebelumnya di mana anomali serupa diamati, termasuk kemungkinan partikel dengan berat 12 juta eV, dan sebuah partikel dengan berat 14 juta eV . Kedua karya itu dibantah oleh eksperimen lain.Selanjutnya, kelompok Hungaria tidak menjelaskan apa yang menyebabkan kesalahan dalam karya yang disangkal. Petunjuk lain adalah bahwa grup jarang menerbitkan data yang tidak mengandung anomali. Ini tidak mungkin. Dalam karier penelitian saya, sebagian besar publikasi telah mendukung teori yang ada. Anomali berulang sangat jarang terjadi.Jadi apa intinya? Haruskah saya bersukacita pada penemuan baru? Yah, tentu saja, penemuan yang mungkin selalu menarik. Model standar telah bertahan selama 50 tahun, tetapi ada teka-teki yang tidak dapat dijelaskan, dan komunitas ilmiah selalu mencari penemuan yang mengarah pada teori baru dan belum terbukti. Tapi apa peluang bahwa pengukuran dan teori ini akan mengarahkan komunitas ilmiah untuk menerima keberadaan interaksi kelima dengan radius aksi 12 fm dan sebuah partikel yang mewaspadai proton? Menurut saya ada sedikit peluang. Saya tidak optimis tentang ide itu.Tentu saja, sebuah opini hanyalah sebuah opini, meskipun itu adalah informasi. Eksperimen lain juga akan mencari foton gelap, karena meskipun pengukuran Hongaria gagal melewati verifikasi, masalah materi gelap akan ada. Banyak percobaan dalam mencari foton gelap akan mempelajari ruang parameter yang sama (energi, massa, dan mode peluruhan) di mana, menurut peneliti Hungaria, ditemukan anomali. Segera, selama tahun ini, kami akan mencari tahu apakah anomali ini adalah penemuan atau kesalahan lain yang sementara mengganggu komunitas, sehingga bisa dibuang setelah menerima data yang lebih akurat. Tetapi tidak peduli bagaimana akhirnya, itu masih akan menghasilkan peningkatan ilmu pengetahuan.Source: https://habr.com/ru/post/id397345/
All Articles