Венгерских физиков заподозрили в открытии новой фундаментальной силы

Физики-теоретики из университетов Кентукки и Калифорнии предположили существование нового типа взаимодействий, действующих на масштабах атомных ядер. Его переносчиком является частица, открытая годом ранее венгерскими физиками при изучении распадов бериллия-8. Предложенная учеными интерпретация результатов расходится с интерпретацией авторов открытия, но, как отмечает Роувен Эссиг, физик-теоретик из Университета штата Нью-Йорк в Стоуни Брук, «Не поставить эксперименты для проверки результатов было бы безумием». Препринт теоретической работы опубликован на сайте arXiv.org, кратко о нем сообщает Nature.

Новое взаимодействие, согласно модели физиков, работает на характерных расстояниях порядка 12 фемтометров, что лишь в несколько раз превышает размеры ядер атомов. За его передачу отвечает частица, получившая название «бозон X». Ее масса всего в 34 раза больше, чем масса электрона, и составляет 17 мегаэлектронвольт. Для сравнения, массы переносчиков слабых ядерных взаимодействий, W^±- и Z⁰-бозонов, в тысячи раз больше. При этом, по словам ученых, новая частица должна быть протофобной — ее взаимодействие с протоном должно быть подавлено по сравнению с взаимодействиями с нейтронами. Кроме того, бозон в модели ученых взаимодействует с электронами, верхним и нижним кварком.

Теоретики отмечают, что существование нового бозона не противоречит экспериментальным данным, к тому же может объяснить некоторые существующие расхождения Стандартной Модели с результатами измерений свойств частиц. В частности, авторы надеются, что бозон позволит смягчить расхождения теории и эксперимента для аномального магнитного момента мюонов — оно составляет 3,6 сигма. 

Экспериментаторы, открывшие частицу, и часть экспертов скептично относятся к новой работе. Так, по словам Джесси Талера из Массачусетского Технологического Института, предложенное неклассическое взаимодействие заставляет его сомневаться в существовании бозона. «Если бы мне предложили расширить Стандартную Модель так, как мне хочется, то это определенно не было бы первым, что я бы в нее внес. —  говорит физик». Тем не менее ученый добавил, что следит за предположением авторов.

По мнению же первооткрывателей частицы, 17-мегаэлектронвольтный объект скорее представляет собой «темный фотон» — тяжелый аналог фотона, ответственный за взаимодействие между «темными» частицами, составляющими темную материю. 

На существование частицы указал эксперимент по рождению электрон-позитронных пар при распаде ядер бериллия-8. В эксперименте ученые обстреливали мишень из лития-7 протонами, чтобы получить возбужденные ядра берилия, а затем следили, за углом между траекториями электронов и их античастиц. Стандартная модель предсказывает, что чем больше угол между траекториями, тем меньше будет наблюдаться таких траекторий. Однако, в эксперименте ученые обнаружили, что существует избыток электрон-позитронных пар, разлетающихся под углом 140º. Это может указывать на то, что какое-то время в системе может рождаться неизвестная частица, которая потом распадается на лептоны. Исходя из этих данных, физики определили ее энергию. По данным эксперимента, шанс того, что пик является случайной флуктуацией — один из 200 миллиардов.

Подтвердить существование частицы может эксперимент DarkLight, расположенный в лаборатории Джефферсона в Вирджинии. Он ставит своей целью поиск «темных фотонов» с массами от 10 до 100 мегаэлектронвольт. По словам представителя коллаборации, диапазон масс вблизи 17 мегаэлектронвольт рассматривается как приоритетный и через год ученые надеются либо обнаружить частицу, либо установить ограничения на ее взаимодействие с обычной материей.

Современная физика имеет дело с четырьмя фундаментальными взаимодействиями: гравитационным, ответственным за притяжение массивных тел, электромагнитным, обуславливающим притяжение и отталкивание зарядов, слабым, определяющим распады элементарных частиц, и сильным, сдерживающим кварки внутри ядра.

Владимир Королёв