Quinta interação fundamental: verdade ou ficção?
O autor do artigo é Don Lincoln, cientista sênior do laboratório do LHC Fermilab, trabalhando sob os auspícios do Departamento de Energia dos EUA. Recentemente, ele escreveu um livro chamado The Large Hadron Collider: uma história incomum do bóson de Higgs e outras coisas que o surpreenderão .A ciência tem um relacionamento complexo com a Internet: a ciência avança avaliando cuidadosamente e minuciosamente os dados e a teoria, e esse processo pode levar anos. E na Internet, a capacidade de concentração do público é uma reminiscência do peixe Disney de Dory do filme "Procurando Nemo" (e agora, "Procurando Dory") - há um meme, aqui está uma foto de estrela ... Ah, olha - um gato engraçado ...Portanto, as pessoas interessadas em ciência séria devem ter cuidado com as informações publicadas na Internet, declarando um estudo científico que está mudando fundamentalmente o paradigma da ciência. Um exemplo recente é um artigo que discute sobre a possível descoberta de uma quinta interação fundamental. Se fosse esse o caso, teríamos que reescrever os livros didáticos.Como físico, quero lançar luz científica disciplinada sobre essa afirmação.Quinta interação
Então, o que é reivindicado?Em um artigo publicado no arXiv em 7 de abril de 2015, um grupo de pesquisadores húngaros descreveu um estudo do comportamento de um intenso feixe de prótons em alvos finos de lítio. As colisões detectadas criaram núcleos de berílio-8 excitados, que se decompuseram em pares comuns de berrylium-8 e elétron-pósitron.
Eles declararam que os dados obtidos não poderiam ser explicados por fenômenos físicos conhecidos no Modelo Padrão, que governa a física moderna de partículas. Mas uma explicação para esses dados foi possível com a existência de uma partícula até então desconhecida, com uma massa de 17 milhões de eV, 32,7 vezes mais pesada que um elétron ou 2% da massa de um próton. As partículas que aparecem nessas energias, que são bastante baixas pelos padrões modernos, são bem estudadas. E seria muito inesperado se um novo fosse descoberto lá.No entanto, as medições foram submetidas a uma avaliação de especialistas e foram publicadas em 26 de janeiro de 2016 na revista Physical Review Letters , uma das revistas de maior prestígio em física do mundo. Nesta publicação, os pesquisadores e suas pesquisas superaram um obstáculo impressionante.Essa medida mal foi notada até que um grupo de físicos teóricos da Universidade da Califórnia em Irvine (UCI) prestou atenção a ela. E, como costumam fazer os teóricos com medições físicas controversas, a equipe os comparou com o trabalho existente coletado nos últimos cem anos para verificar se os novos dados são consistentes com as informações já coletadas. Nesse caso, eles compararam com uma dúzia de estudos publicados.Eles descobriram que, embora as medidas não conflitassem com estudos anteriores, eles observaram algo que não havia sido encontrado antes - e algo que não podia ser explicado pelo Modelo Padrão.Nova plataforma teórica
Para entender as dimensões húngaras, esse grupo de teóricos da UCI apresentou uma nova teoria.Essa teoria é muito exótica. Eles começaram com uma suposição razoável de que a nova partícula possível não é explicada pela teoria existente. Isso faz sentido, uma vez que uma possível nova partícula possui uma massa pequena e, se fosse descrita pelas leis da física conhecidas, elas teriam sido encontradas anteriormente. Se essa partícula obedece às novas leis da física, talvez uma nova interação esteja presente. Como os físicos tradicionalmente falam sobre quatro interações fundamentais conhecidas (gravidade, eletromagnetismo, forte e fraco), essa nova interação hipotética foi chamada de “quinto”.A história das teorias e descobertas da quinta interação é bastante diversa, dura várias décadas e, dentro de sua estrutura, novas dimensões e idéias surgiram para desaparecer mais tarde. Por outro lado, existem quebra-cabeças que não podem ser explicados pela física comum - por exemplo, matéria escura. Embora a matéria escura sempre tenha sido modelada como a única forma de uma partícula maciça estável experimentando a gravidade e não uma das outras forças conhecidas, não há razões para que a matéria escura não participe de tais interações nas quais a matéria comum não participa. Afinal, a matéria comum está envolvida em interações nas quais a escuridão não participa - então não há nada estúpido aqui.
Existem muitas idéias sobre interações que afetam apenas a matéria escura e são geralmente chamadas de " matéria escura complexa"". Uma das idéias conhecidas fala da existência de um fóton escuro interagindo com uma carga escura transportada apenas pela matéria escura. Essa partícula é um análogo escuro de um fóton da matéria comum interagindo com uma carga elétrica conhecida por nós, mas com uma exceção: algumas teorias da matéria escura complexa conferem obscuridade fótons de massa, diferentemente dos fótons comuns, se existirem fótons escuros, eles podem se ligar à matéria comum (e fótons comuns) e decair em pares elétrons-pósitrons, que o grupo estudou Cientistas da Nger, como os fótons escuros não interagem com uma carga elétrica comum, essa conexão só pode surgir devido às peculiaridades da mecânica quântica, mas se os cientistas começarem a observar um aumento nos pares elétron-pósitron, isso pode significar que eles estão observando fótons escuros.O grupo Irvine encontrou um modelo que incluía uma partícula "protofóbica", não excluída por medições precoces, capaz de explicar o resultado húngaro. As partículas "protofóbicas", isto é, "evitadoras de prótons", raramente ou quase nunca interagem com prótons, mas podem interagir com nêutrons (neutrofílicos).A partícula proposta pelo grupo Irvine está envolvida na quinta interação desconhecida, que aparece a uma distância de 12 femtômetros, ou 12 vezes maior que o tamanho do próton. A partícula é protofóbica e neutrofílica. A massa de partículas é de 17 milhões de eV e pode decair em pares elétron-pósitron. Além de explicar o experimento húngaro, essa partícula também poderia explicar algumas inconsistências encontradas em outros experimentos. Este último acrescenta um pouco de peso a essa ideia.Uma interação de mudança de paradigma?
É assim que é.O que poderia ser verdade? Dados são a principal coisa. Outras experiências serão necessárias para confirmar ou refutar as alterações. Todo o resto não importa. Mas isso levará cerca de um ano, e seria bom ter alguma idéia durante esse período. A melhor maneira de avaliar a probabilidade de uma descoberta se tornar real é estudar a reputação dos pesquisadores que participaram do experimento. É claro que essa é uma maneira vulgar de se fazer ciência, mas pode abafar suas expectativas.Vamos começar com o grupo Irvine. Muitos deles (especialmente gerentes) têm uma boa reputação e são especialistas bem estabelecidos no campo, e têm bons empregos no currículo. A idade do grupo é diferente, existem participantes idosos e jovens. Conheço pessoalmente alguns deles, dois deles lêem as partes teóricas nos capítulos de um livro que escrevi para garantir que não fizesse nada estúpido por lá (aliás, eles não encontraram erros, mas ajudaram a esclarecer alguns pontos). Isso explica meu respeito pelos membros do grupo Irvine, embora isso possa me deixar influenciado. Tenho quase certeza de que o trabalho deles na comparação do novo modelo com os dados existentes foi completo e profissional. Eles descobriram uma região pequena e inexplorada de possíveis teorias.Por outro lado, a própria teoria é bastante especulativa e improvável. Isso não é um veredicto - isso pode ser dito de todas as teorias. Afinal, o Modelo Padrão que rege a física de partículas é conhecido há 50 anos e é bem conhecido. Além disso, todas as novas teorias são especulativas e improváveis, e a maioria delas está incorreta. Esta também não é uma frase. Existem muitas maneiras de adicionar correções às teorias existentes para explicar novos fenômenos. E tudo não pode ser verdade. E, às vezes, nenhuma das teorias propostas é verdadeira.No entanto, pode-se concluir, com base na reputação dos membros do grupo, que eles tiveram uma nova idéia e a compararam com todos os dados relevantes para ela. O fato de terem publicado o modelo significa que ele passou nos testes e permaneceu uma oportunidade plausível, embora improvável.E o grupo húngaro? Não conheço nenhum deles pessoalmente, mas o artigo foi publicado na Physical Review Letters - isso já é vantajoso para eles. No entanto, este grupo publicou dois trabalhos anteriores nos quais foram observadas anomalias semelhantes, incluindo uma possível partícula pesando 12 milhões de eV e uma partícula pesando 14 milhões de eV . Ambos os trabalhos foram refutados por outros experimentos.Além disso, o grupo húngaro não explicou o que causou os erros nos trabalhos refutados. Outra pista é que o grupo raramente publica dados que não contêm anomalias. Isso é improvável. Na minha carreira de pesquisa, a maioria das publicações apoia as teorias existentes. Anomalias recorrentes são muito raras.Então, qual é o resultado final? Devo me alegrar com uma nova descoberta? Bem, é claro, possíveis descobertas são sempre interessantes. O modelo padrão resistiu ao teste por 50 anos, mas existem enigmas inexplicáveis, e a comunidade científica está sempre procurando descobertas que apontem para teorias novas e não comprovadas. Mas quais são as chances de que essa medida e teoria levem a comunidade científica a aceitar a existência de uma quinta interação com um raio de ação de 12 fm e uma partícula que desconfia de prótons? Parece-me que existem poucas chances. Não estou otimista com a ideia.Obviamente, uma opinião é apenas uma opinião, mesmo que seja informativa. Outras experiências também procurarão fótons escuros, porque, mesmo que as medições húngaras falhem na verificação, haverá um problema de matéria escura. Muitos experimentos em busca de fótons escuros estudam o mesmo espaço de parâmetros (energia, massa e modos de decaimento) nos quais, segundo pesquisadores húngaros, é encontrada uma anomalia. Em breve, durante o ano, descobriremos se essa anomalia foi uma descoberta ou outra falha que perturbou temporariamente a comunidade, para que pudesse ser descartada após o recebimento de dados mais precisos. Mas não importa como termine, ainda resultará em ciência aprimorada.Source: https://habr.com/ru/post/pt397345/
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