Вчені ETH Zurich відкрили п’яту фундаментальну силу природи

Дослідники зі Швейцарського федерального технологічного інституту ETH Zurich у співпраці з колегами з Німеччини та Австралії провели точні вимірювання енергетичних переходів у різних ізотопах кальцію. За їхніми словами, отримані результати можуть свідчити про явища, які не пояснюються Стандартною моделлю фізики елементарних частинок. Мета експерименту — з’ясувати, чи існує п’ята фундаментальна взаємодія, яка може бути пов’язана з гіпотетичним бозоном.

Команда вчених вивчала ізотопні зсуви у йонах кальцію, вимірюючи відмінності в енергетичних переходах між ізотопами. Усі вони містять 20 протонів, але різну кількість нейтронів. Для досягнення максимальної точності дослідники одночасно утримували у йонній пастці два різних ізотопи та проводили вимірювання, що дозволило зменшити вплив шуму до рівня 100 мілігерців. Також паралельно виконувалися надточні вимірювання мас ядер та спектроскопічних переходів з похибкою менш ніж 4 × 10⁻¹¹.

Зібрані дані були нанесені на так званий графік Кінга, який у разі підтвердження Стандартної моделі мав би утворювати пряму лінію. Однак результати показали відхилення від цієї лінії, що, за словами професорки ETH Zurich Діани Прадо Лопес Ауде Крейк, вказує на ефекти, не передбачені чинними ядерними моделями. Одним з можливих пояснень розглядають явище ядерної поляризації, хоча воно ще недостатньо вивчене для остаточних висновків.

Попри відсутність прямих доказів нової сили, експеримент суттєво звужує можливості для альтернативних теорій, які передбачають існування додаткової взаємодії. Зокрема, було встановлено нові межі для параметрів так званої юкавівської взаємодії, обмеживши можливий діапазон мас гіпотетичного бозона від 10 еВ/с² до 10⁷ еВ/с².

Наступним етапом команда ETH планує ще точніші вимірювання інших переходів у атомі кальцію. Дослідники сподіваються, що це дозволить точніше оцінити можливість існування нової фундаментальної взаємодії та допоможе розв’язати питання, які ставить сучасна фізика щодо будови матерії.