Fizičari kažu da bi peta sila prirode “potpuno promenila paradigmu”
Naučnici će započeti ambicioznu pretragu “mračne sile” prirode koja bi, ako se pronađe, otvorila vrata svemira koji leži skriven od pogleda.
Lov će tražiti dokaze o novoj osnovnoj sili koja čini most između obične tvari oko nas i nevidljivog “mračnog sektora” za koji se tvrdi da čini veliku većinu kosmosa.
Šanse za uspjeh mogu biti tanke, ali ako se pronađe takva sila, to bi se rangiralo među najdramatičnim otkrićima u historiji fizike. Najbolja teorija stvarnosti koju fizičari imaju objašnjava samo 4% posmatranog univerzuma. Ostatak je misterija koja se sastoji od tamne materije, čudnog materijala koji lurja oko galaksija i još više zbunjujuće mračne energije, supstanca koja je pozvana da objasni ubrzano širenje svemira.
“U ovom trenutku ne znamo šta čini više od 90% Univerzuma”, rekao je Mauro Raggi, istraživač na Univerzitetu Sapienza u Rimu. “Ako pronađemo ovu silu, potpuno će promjeniti paradigmu koju imamo sada. Otvorilo bi novi svijet i pomoglo nam da razumijemo čestice i snage koje čine tamni sektor. ”
Fizičari, do danas, poznaju samo četiri osnovne sile prirode. Elektromagnetna sila dozvoljava viziranje i mobilne telefone, ali i sprečava nas da padamo kroz naše stolice. Bez tzv. Snažne sile, dijelovi atoma će se raspasti. Snažna sila radi u zračenju, a gravitacija – najprostornija sila prirode – drži naše stope ukorijenjene do tla.
Ali možda postoje i druge sile koje su prošle nezapaženo. Ovo bi oblikovalo ponašanje dosad nepoznatih čestica koje čine tamnu materiju, i potencijalno bi mogle vršiti najnepovoljnije efekte na sile koje smo bolje upoznali.
Ovaj mesec, Raggi i njegove kolege uključiti će instrument na Nacionalnom institutu za nuklearnu fiziku u blizini Rima, koji je osmišljen da bi potakao pronalazak pete sile prirode. Poznato kao Padme, za positronsku anihilaciju u eksperimentu sa tamnom materijom, mašina će bilježiti ono što se dešava kada je dijamantna vafa desetinu milimetra debela povezana s strujom čestica antimaterije zvane pozitroni.
Kada pozitroni udare u dijamantni vafli, odmah se spajaju sa elektronima i nestaju u blistoj eksploziji energije. Obično je oslobođena energija u obliku dvije čestice svjetlosti zvane fotoni. Ali ako u prirodi postoji peta sila, nešto će se dogoditi. Umjesto proizvodnje dva vidljiva fotona, sudari će povremeno pustiti samo jedan, uz takozvani “tamni foton”. Ova radoznala, hipotetička čestica je ekvivalent mračnog sektora čestice svetlosti. Nosi ekvivalent mračne elektromagnetne sile.
Za razliku od normalnih čestica svjetlosti, svi tamni fotoni proizvedeni u Padme-u će biti nevidljivi za detektor instrumenta. Ali upoređivanjem energije i pravca pozitrona upućenih u bilo koji slučaj, naučnici mogu da otkriju da li je stvorena nevidljiva čestica i izrađuju svoju masu. Iako su normalni fotoni bez maske, tamni fotoni nisu, a Padme će tražiti one do 50 puta teže od elektrona.
Mrak foton, ako postoji, imao bi neprimjetan uticaj na ono što čini svijet koji vidimo. Ali saznavanje njegove mase i vrste čestica na koje se može srušiti, pružilo bi prvi uvid u ono što čini najveći dio univerzuma koji je izvan naše percepcije.
Padmeov eksperiment će trajati do kraja godine, ali postoje planovi za pokretanje instrumenta na Univerzitet Cornell u 2021. godini. Tamo bi se priključio snažnijem akceleratoru čestica nego u Italiji kako bi proširilo svoju potragu za tamnim fotonima.
Druge laboratorije širom svijeta takođe traže tamne fotone. Bryan McKinnon, naučni saradnik na Univerzitetu u Glazgovu, učestvuje u potrazi za česticom u nacionalnom akceleratoru Thomasa Jeffersona u Virdžiniji. “Mrak foton, ako postoji, je ustvari portal”, rekao je. “Omogućuje nam da vidimo šta se dešava u mračnom sektoru. Neće otvarati vrata, ali će nam omogućiti malo pogleda. ”
Fizičari ne znaju koliko je složen tamni sektor. Ne može biti novih sila da se otkriju. Sama tamna materija može biti oblikovana samo gravitacijom i sastavljena samo od jedne vrste čestica. Ali to može biti daleko bogatije stanje, gde nove vrste nevidljivih čestica i sila čekaju da budu pronađene.
Prema McKinnon-u, sama činjenica da savremene teorije ostavljaju prostor za egzotične čestice poput tamnih fotona znači da se fizičari osjećaju prisilnim da ih potraže. “Definitivno bi bilo ogromno u fizici ako bi se otkrio neki dokazi o tamnom sektoru”, rekao je on. “Upravo je to označeno kao takvo, jer to je ono što ne razumijemo. Ako se vrata mogu otvoriti, šta će izaći? To je trenutno nagađanje. ”
Od otkrića Higgs bosona na Large Hadron Collideru u blizini Ženeve 2012. godine, fizičari čestica nisu imali dovoljno uzbuđenja. Ali nedostatak novih otkrića iz velikih postrojenja povećao je napore u manjim laboratorijama da izvode dugotrajne eksperimente sa potencijalno ogromnim isplatama. Kakve su šanse da će Padme naći petu silu? “Mi pucamo u mraku u svakom smislu”, reče Raggi. “Ali ako pucate, barem imate šansu.”
Izvor: The Guardian