Otkrića

Da li postoji Peta sila?

U skladnoj porodici današnje fizike, njena pojava nalikuje rođenju vanbračnog deteta. Radovi objavljeni ovog leta, međutim, nešto nagoveštavaju

Tekst: B. Klobučar, S. Bubnjević

Tokom leta su brojni svetski mediji, neki od njih vrlo ugledni, kao i naučni blogovi, pomalo bojažljivo pisali o nečemu što bi moglo biti spektakularnije od otkrića Higsovog bozona ili gravitacionih talasa – o navodnom otkriću pete fundamentalne sile prirode. O čemu je reč?

Povod za ove napise dao je tim naučnika na čelu sa Džonatanom Fengom sa Univerziteta Irvin u Kaliforniji koji je 11. avgusta objavio rad o takozvanoj protofobnoj petoj interakciji.

U ovom radu, koji je objavljen u prestižnom naučnom časopisu Physical Review Letters, fizičari iz Kalifornije objašnjavaju jedno vrlo neobično rasejanje izotopa berilijuma koje su prošle godine snimili mađarski fizičari u Debrecinu. U njemu se, pritom, uvodi pretpostavka da pored dosadašnjih četiri, postoji još jedna – peta interakcija.

Na ovu vest, ma kako ona bila šokantna, za sada su bojažljivo reagovali ne samo mediji, nego i zajednica fizičara. Vest nije sasvim nova jer se peta sila počela i prethodnih meseci pominjati tu i tamo po fizičkim laboratorijama.

Nema sumnje da ćemo u lavini istraživanja koja slede uskoro saznati mnogo više, ali pojava pete sile, ako bude dokazana, revolucionarna je stvar – u skladnoj porodici današnje fizike nalikuje na iznenadno saznanje o rođenju vanbračnog deteta.

Četiri fundamentalne sile 

Moderna fizika je zasnovana na ideji da sve oko nas, sve što opažamo i poznajemo, na fundamentalnom nivou održavaju četiri onsovne sile ili interakcije, kako ih fizičari nazivaju – gravitaciona, elektromagnetna i takozvane slaba i jaka nuklearna sila.

Gravitacija je najslabija među interakcijama, ali na velikim rastojanjima upravlja kretanjem zvezdanih sistema i galaksija. Njeno delovanje još od Njutnovih vremena razumemo i najbolje poznajemo, bar kad je reč makroskopskim skalama – da bi je osetli dovoljno je da ustanemo sa stolice. 

Elektromagnetna sila deluje između naelektrisanih čestica. Njenim opisivanjem fizičari objašnjavaju skoro sve, sve one fenomene koji uključuju naelektrisanje, magnetizam, ali i elektromagnetne talase, pa stoga i ponašanje svetlosti.

Jaka nuklearna interakcija, najsnažnija od ove četiri, drži na okupu kvarkove unutar čestica koje fizičari nazivaju hadroni, kao što su proton i neutron. Ona stoga deluje samo unutar jezgra atoma, na jako malim rastojanjima.

Slaba sila deluje između svih fermiona, kako se nazivaju čestice sa necelobrojnim spinom, poput protona i elektrona. Da nije nje, fizičari ne bi mogli da objasne radioaktivne raspade u jezgru. Fizičari su, inače, 1983. godine, u istorijskom eksperimentu u CERN-u pokazali da je ova, slaba interakcija ujedinjena sa elektromagnetnom.

Tamni Univerzum

Kako god, moglo bi se reći kako pomenute četiri sile drže univerzum na okupu. Njegova pravila fizičari prilično dobro poznaju, ali isto tako, znaju i da tu postoji pregršt nepoznanica.

Na primer, i dalje je nepoznato šta je tamna materija, koja čini bar 27 odsto ukupne mase univerzuma. Da li u ovom tamnom svetu važe samo ove četiri fundamentalne sile, ili tu ima još nečeg?

Upravo je tamna materija, odnosno potraga za takozvanom tamnom silom dovela do ideje o još jednoj, petoj fundamentalnoj sili.  Naime, tokom prošle 2015. godine, tim naučnika sa Instituta za nuklearna istraživanja u Debrecinu tragao je za teorijski pretpostavljenom tamnom silom, na koju bi reagovala tamna materija.

Tim iz Debrecina naišao je na neočekivane rezultate dok je posmatrao sasvim uobičajeni radioaktivni raspad već pominjanog izotopa berilijuma. Konkretno, reč je o 8Be. 

Naime, tokom ovog eksperimenta, kao posledica raspada berilijuma, jedna misteriozna čestica niske energije raspadala se na elektron-pozitron par i pritom, rasejavala pod veoma čudnim uglom.

Detaljnom analizom, međutim, tim iz Debrecina nije uspeo da utvrdi kakva je ovo čestica, ali je odmah posumnjao na tamnu materiju.

Mađarsko otkriće

Da li je to bio bozon?  I to bozon prenosilac jedne nove interakcije? U fizici su inače, pored pominjanih fermiona, čestice svrstavaju i u bozone koji za razliku od prethodnih, imaju celobrojan spin. Prenosioci interakcija su uvek bozoni.

Godinu dana kasnije, Feng i ekipa iz Kalifornije su za ovu anomaliju, detaljnom analizom podataka, uspeli da pokažu da jeste bozon i nazvali ga X bozonom, sa pretpostavljenom masom od svega 16,7 megaelektronvolti.

Interakcija čiji bi on mogao biti prenosilac deluje na izuzetno malim rastojanjima, reda femptometra, odnosno milion milijardi puta manje od jednog metra, što je daleko slabije od do sada poznatih fundamentalnih sila.

Daleko smo, međutim, od otkrića pete sile. Kalifornijska teorija se pre toga svakako mora proveriti na drugim eksperimentima. Anomalija koju su pokazali naučnici u Debrecinu za sada je jedina potvrđena eksperimentalna pojava ove ”čestice”.

Mala energija i domet pretpostavljene sile znače da ovakvu anomaliju nije lako uočiti. Ipak, sa sada postojećom pretpostavkom i rezultatima, nuklearne laboratorije širom sveta ne bi trebalo da imaju problem da ponove eksperiment. 

Pre toga, ovo zalutalo vanbračno dete ne može se ozakoniti.

 

*Na slici gore prikazano je Čerenkovljevo zračenje unutar ATR radioaktivnog reaktora u laboratoriji Argon

 

OTKRIĆA

Svakoga dana se u svetu objavi više hiljada novih otkrića. Koja od njih su zaista bitna? Koja menjaju naučnu paradigmu? I kako razumeti šta se zapravo dešava na naučnim frontovima?

Istražite tekstove iz rubrike OTKRIĆA.

Istražite druge tekstove:


Grb Republike Srbije
ecsite nsta eusea astc

CPN
Ulica kralja Petra 46
11000 Beograd
Republika Srbija
+381 11 24 00 260
centar@cpn.rs