Visumu pārvalda četri pamata spēki: gravitācija, elektromagnētisms un spēcīgie un vājie kodolspēki. Šie spēki virza visu, ko redzam sev apkārt, kustību un izturēšanos. Vismaz tā mēs domājam. Bet pēdējo gadu laikā ir arvien vairāk pierādījumu par piekto pamata spēku. Jauni pētījumi nav atklājuši šo piekto spēku, taču tas parāda, ka mēs joprojām pilnībā neizprotam šos kosmiskos spēkus.
Pamata spēki ir daļiņu fizikas standarta modeļa sastāvdaļa. Šis modelis apraksta visas dažādās kvantu daļiņas, kuras mēs novērojam, piemēram, elektronus, protonus, antimatēriju utt. Kvarki, neitrīni un Higsa bozons ir modeļa sastāvdaļa.
Termins “spēks” modelī ir nedaudz nepareizs. Standarta modelī katrs spēks ir kāda nesēj bozona rezultāts. Fotoni ir elektromagnētisma nesējboss. Gluoni ir nesējbaloni stipriem, un bozoni, kas pazīstami kā W un Z, vājiem. Smagums nav tehniski iekļauts standarta modelī, taču tiek pieņemts, ka kvantu gravitācijai ir bozons, kas pazīstams kā gravitons. Mēs joprojām pilnībā neizprotam kvantu gravitāciju, taču viena ideja ir, ka gravitāciju var apvienot ar standarta modeli, lai iegūtu grandiozu vienotu teoriju (Zarnas).
Katra daļiņa, ko mēs kādreiz esam atklājuši, ir standarta modeļa sastāvdaļa. Šo daļiņu izturēšanās modelim atbilst ļoti precīzi. Mēs esam meklējuši daļiņas, kas pārsniedz standarta modeli, bet līdz šim nevienu tādu neesam atraduši. Standarta modelis ir zinātniskās izpratnes triumfs. Tā ir kvantu fizikas virsotne.
Bet mēs esam sākuši uzzināt, ka tam ir dažas nopietnas problēmas.
Sākumā mēs zinām, ka standarta modeli nevar apvienot ar smagumu tādā veidā, kā mēs domājām. Standarta modelī pamata spēki “apvienojas” augstākos enerģijas līmeņos. Elektromagnētisms un vājie apvienojas elektriskā vājā, un elektrodzinējs apvienojas ar spēcīgo, lai kļūtu par elektronelektrisko spēku. Pie ārkārtīgi lielām enerģijām vajadzētu kodoloties kodolieročiem un gravitācijas spēkiem. Eksperimenti daļiņu fizikā parādīja, ka apvienošanās enerģijas nesakrīt.
Problemātiskāks ir tumšās matērijas jautājums. Tumšā matērija vispirms tika ierosināta, lai izskaidrotu, kāpēc zvaigznes un gāze galaktikas ārējā malā pārvietojas ātrāk, nekā prognozēja gravitācija. Vai nu mūsu gravitācijas teorija ir kaut kā nepareiza, vai arī galaktikās ir jābūt kādai neredzamai (tumšai) masai. Pēdējo piecdesmit gadu laikā pierādījumi par tumšo vielu ir kļuvuši patiešām spēcīgi. Mēs esam novērojuši, kā tumšās matērijas kopas sadala galaktikas, kā tā tiek izplatīta noteiktās galaktikās un kā tā uzvedas. Mēs zinām, ka tas nekontrolē spēcīgu mijiedarbību ar parasto lietu vai sevi, un tas veido lielāko masas daļu lielākajā daļā galaktiku.
Bet standarta modelī nav nevienas daļiņas, kas varētu sastādīt tumšo vielu. Iespējams, ka tumšo vielu var izgatavot no kaut kā, piemēram, maziem melniem caurumiem, taču astronomiskie dati šo ideju īsti neatbalsta. Tumšā matērija, visticamāk, ir veidota no dažām vēl neatklātām daļiņām - standarta modelis to neparedz.
Tad ir tumšā enerģija. Sīki izstrādāti tālu galaktiku novērojumi liecina, ka Visums paplašinās ar arvien pieaugošu ātrumu. Šķiet, ka šim procesam ir sava veida enerģija, un mēs nesaprotam, kā tas notiek. Varētu būt, ka šis paātrinājums ir telpas un laika struktūras rezultāts, sava veida kosmoloģiskā konstante, kas izraisa Visuma paplašināšanos. Varētu būt, ka to virza kāds jauns spēks, kas vēl nav atklāts. Lai kāda būtu tumšā enerģija, tā veido vairāk nekā divas trešdaļas no Visuma.
Tas viss norāda uz faktu, ka standarta modelis labākajā gadījumā ir nepilnīgs. Ir lietas, kuras mums visumā trūkst, lai darbotos Visums. Ir ierosināts daudz ideju, lai salabotu standarta modeli, sākot no supersimetrijas līdz vēl neatklātiem kvarkiem, bet viena ideja ir, ka pastāv piektais pamatjoma. Šim spēkam būtu savs (-ie) bozons (-i), kā arī jaunas daļiņas ārpus tām, kuras esam atklājuši.
Šis piektais spēks arī mijiedarbotos ar daļiņām, kuras mēs novērojām, smalkā veidā, kas ir pretrunā ar standarta modeli. Tādējādi mēs nonākam pie jauna darba, kas apgalvo, ka mums ir pierādījumi par šādu mijiedarbību.
Rakstā apskatīta anomālija hēlija-4 kodolu sabrukšanas laikā, un tas balstās uz agrāku berilija-8 sabrukšanas pētījumu. Berilija-8 kodoliem ir nestabils kodols, kas sadalās divos hēlija-4 kodolos. 2016. gadā komanda atklāja, ka berilija-8 sabrukšana, šķiet, nedaudz pārkāpj standarta modeli. Kad kodoli ir satrauktā stāvoklī, tas var izstarot elektronu-pozitronu pāri, jo tas sabrūk. Lielākā leņķī novēroto pāru skaits ir lielāks, nekā prognozē standarta modelis, un to sauc par Atomki anomāliju.
Ir daudz dažādu anomālijas skaidrojumu, ieskaitot eksperimenta kļūdu, taču viens izskaidrojums ir tas, ka to ir izraisījusi boson komanda ar nosaukumu X17. Tas būtu (vēl nezināma) piektā pamata spēka nesējboss, kura masa ir 17 MeV. Jaunajā rakstā komanda atrada līdzīgu neatbilstību hēlija-4 sabrukšanā. Daļa X17 varētu izskaidrot arī šo anomāliju.
Lai arī tas izklausās aizraujoši, ir iemesls būt piesardzīgiem. Apskatot sīkāku informāciju par jauno papīru, ir nedaudz nepāra datu pielāgošanas. Būtībā komanda pieņem, ka X17 ir precīza, un parāda, ka datus var izgatavot, lai tie atbilstu viņu modelim. Parādot šo modeli var izskaidrot novirzes nav tas pats, kas pierādīt savu modeli dara izskaidrot anomālijas. Ir iespējami citi skaidrojumi. Ja X17 patiešām pastāv, mums to vajadzēja redzēt arī citos daļiņu eksperimentos, un mēs to neesam izdarījuši. Pierādījumi par šo “piekto spēku” ir patiešām vāji.
Piektais spēks varētu pastāvēt, bet mēs to vēl neesam atraduši. Mēs zinām, ka standarta modelis pilnībā nesummējas, un tas nozīmē, ka jāgaida ļoti interesanti atklājumi.
Avots: Jauni pierādījumi, kas apstiprina hipotētiskās X17 daļiņas esamību, autori Krasznahorkay, A. J., et al.
Avots: Anomālā iekšējā pāra veidošanās novērošana 8-nā: iespējama gaismas neitrāla bozona indikācija, autori: Krasznahorkay, A. J., et al.
