Nouvo fizik briye nan anpil kote

Nenpòt chanjman posib nou ta renmen fè nan Modèl Estanda Fizik la (1) oswa nan relativite jeneral, de pi bon teyori nou yo (byenke enkonpatib) nan linivè a, deja trè limite. Nan lòt mo, ou pa ka chanje anpil san yo pa mine tout la.

Reyalite a se ke gen tou rezilta ak fenomèn ki pa ka eksplike sou baz modèl yo konnen nou. Se konsa, èske nou ta dwe soti nan fason nou yo fè tout bagay ineksplikab oswa enkonsistan nan nenpòt pri ki konsistan avèk teyori ki egziste deja, oswa èske nou ta dwe chèche nouvo yo? Sa a se youn nan kesyon fondamantal nan fizik modèn.

Modèl Estanda nan fizik patikil yo te eksplike avèk siksè tout entèraksyon yo konnen ak dekouvri ant patikil ki te janm obsève. Linivè fèt ak kark, leptonov ak boson kalib, ki transmèt twa nan kat fòs fondamantal nan lanati epi ki bay patikil mas repo yo. Genyen tou relativite jeneral, teyori gravite malerezman ki pa pwopòtik nou an, ki dekri relasyon ki genyen ant espas tan, matyè ak enèji nan linivè a.

Difikilte pou ale pi lwen pase de teyori sa yo se ke si ou eseye chanje yo pa entwodwi nouvo eleman, konsèp ak kantite, ou pral jwenn rezilta ki kontredi mezi ak obsèvasyon ke nou deja genyen. Li se tou vo sonje ke si ou vle ale pi lwen pase kad syantifik aktyèl nou an, chay la nan prèv se menmen. Nan lòt men an, li difisil pa atann anpil nan men yon moun ki afebli modèl yo te eseye ak teste pou dè dekad.

Nan fè fas a demann sa yo, li pa etone ke diman nenpòt moun ki eseye konplètman defi paradigm nan ki egziste deja nan fizik. Men, si li fè sa, li pa pran oserye ditou, kòm li byen vit bite sou chèk senp. Se konsa, si nou wè twou potansyèl, Lè sa a, sa yo se jis reflektè, siyal ke yon bagay ap klere yon kote, men li pa klè si li vo ale la ditou.

Fizik li te ye pa ka okipe linivè a

Men kèk egzanp sou sentiye sa a "konplètman nouvo ak diferan"? Oke, pou egzanp, obsèvasyon nan to a rkul, ki sanble enkonsistan ak deklarasyon an ke Linivè a plen sèlman ak patikil nan modèl la Creole ak obeyi teyori jeneral la relativite. Nou konnen ke sous gravite endividyèl yo, galaksi yo, grap galaksi yo, e menm gwo sit cosmic la pa ase pou eksplike fenomèn sa a, petèt. Nou konnen ke, byenke Modèl Estanda a deklare ke matyè ak antimatyè ta dwe kreye ak detwi nan kantite egal, nou ap viv nan yon linivè ki konpoze sitou nan matyè ak yon ti kantite antimatyè. Nan lòt mo, nou wè ke "fizik li te ye" pa ka eksplike tout sa nou wè nan linivè a.

Anpil eksperyans te bay rezilta inatandi ki, si yo teste nan yon nivo ki pi wo, ta ka revolisyonè. Menm sa yo rele anomali atomik ki endike egzistans patikil yo ka yon erè eksperimantal, men li kapab tou yon siy ale pi lwen pase modèl estanda a. Diferan metòd pou mezire linivè bay valè diferan pou pousantaj ekspansyon li yo - yon pwoblèm ke nou konsidere an detay nan youn nan pwoblèm ki sot pase yo nan MT.

Sepandan, okenn nan anomali sa yo bay rezilta ase konvenk yo dwe konsidere kòm yon siy enkontournabl nan nouvo fizik. Nenpòt oswa tout sa yo ka senpleman fluctuations estatistik oswa yon enstriman mal kalibre. Anpil nan yo ka lonje dwèt sou nouvo fizik, men yo ka menm fasil pou eksplike lè l sèvi avèk patikil ak fenomèn li te ye nan kontèks relativite jeneral ak Modèl Estanda.

Nou planifye fè eksperyans, espere rezilta ak rekòmandasyon pi klè. Nou ka byento wè si enèji nwa gen yon valè konstan. Ki baze sou etid galaksi ki te planifye pa Obsèvatwa a Vera Rubin ak done sou supernovae byen lwen yo dwe disponib nan tan kap vini an. nancy grace teleskòp, deja WFIRST, nou bezwen chèche konnen si enèji nwa evolye ak tan nan 1%. Si se konsa, Lè sa a, "estanda" modèl kosmolojik nou an pral oblije chanje. Li posib ke antèn entèferomètr lazè espas (LISA) an tèm de plan ap ban nou sipriz tou. An brèf, nou ap konte sou machin obsèvasyon ak eksperyans ke nou ap planifye.

Nou toujou ap travay nan jaden an nan fizik patikil, espere jwenn fenomèn deyò Modèl la, tankou yon mezi pi egzak nan moman yo mayetik nan elektwon an ak muon - si yo pa dakò, nouvo fizik parèt. Nou ap travay pou konnen ki jan yo fluktue netrino - isit la tou, nouvo fizik klere. Men, si nou bati yon kolizyon elèktron-positron egzat, sikilè oswa lineyè (2), nou ka detekte bagay ki depase Modèl Estanda ke LHC a pa poko detekte. Nan mond lan nan fizik, yon vèsyon pi gwo nan LHC a ak yon sikonferans ki rive jiska 100 km te pwopoze depi lontan. Sa a ta bay pi gwo enèji kolizyon, ki, dapre anpil fizisyen, ta finalman siyal nouvo fenomèn. Sepandan, sa a se yon envestisman trè chè, ak konstriksyon an nan yon jeyan sèlman sou prensip la - "an nou bati li ak wè sa li pral montre nou" ogmante anpil dout.

2. lineyè lepton kolizyon - vizyalizasyon

Gen de kalite apwòch nan pwoblèm nan syans fizik. Premye a se yon apwòch konplèks, ki gen ladann nan konsepsyon etwat yon eksperyans oswa yon obsèvatwa pou rezoud yon pwoblèm espesifik. Dezyèm apwòch la rele metòd fòs brital la.ki devlope yon eksperyans inivèsèl, pouse limit oswa obsèvatwa pou eksplore linivè a nan yon fason konplètman nouvo pase apwòch anvan nou yo. Premye a se pi bon oryante nan modèl la estanda. Dezyèm lan pèmèt ou jwenn tras nan yon bagay plis, men, malerezman, yon bagay sa a pa egzakteman defini. Kidonk, tou de metòd yo gen dezavantaj yo.

Chèche sa yo rele Theory of Everything (TUT), sakre Graal fizik la, yo ta dwe mete nan dezyèm kategori a, paske pi souvan pase pa li vini nan jwenn pi wo ak pi wo enèji (3), nan ki fòs yo nan nati evantyèlman konbine nan yon sèl entèraksyon.

3. Enèji ki nesesè pou yon inifikasyon ipotetik nan entèraksyon

netrino Nisforn

Dènyèman, syans te vin pi plis ak plis konsantre sou domèn ki pi enteresan, tankou rechèch neutrino, ki nou fèk pibliye yon rapò vaste sou MT. Nan mwa fevriye 2020, Astrophysical Journal te pibliye yon piblikasyon sou dekouvèt neutrinos gwo enèji ki gen orijin enkoni nan Antatik. Anplis eksperyans nan byen li te ye, rechèch te fèt tou sou kontinan an glas anba non kòd ANITA (), ki gen ladann nan lage yon balon ak yon Capteur. onn radyo.

Tou de ak ANITA yo te fèt pou chèche onn radyo ki soti nan neutrino gwo enèji k ap fè kolizyon ak matyè solid ki fòme glas la. Avi Loeb, ki se pwezidan Depatman Astwonomi Harvard la, eksplike sou sitwèb Salon la: “Evènman ANITA detekte yo sanble sanble yon anomali paske yo pa ka eksplike yo kòm neutrino nan sous astrofizik. (...) Li ta ka yon kalite patikil ki reyaji pi fèb pase yon neutrino ak matyè òdinè. Nou sispèk ke patikil sa yo egziste kòm matyè nwa. Men, kisa ki fè evènman ANITA yo tèlman enèjik?”

Neutrinos yo se sèl patikil li te ye ki vyole Modèl Creole a. Dapre Modèl Estanda patikil elemantè yo, nou dwe gen twa kalite neutrinos (elektwonik, muon ak tau) ak twa kalite antineutrinos, epi apre fòmasyon yo dwe estab epi yo pa chanje nan pwopriyete yo. Depi ane 60 yo, lè premye kalkil ak mezi netrino Solèy la te parèt, nou te reyalize ke te gen yon pwoblèm. Nou te konnen konbyen neutrino elèktron yo te fòme nan nwayo solè. Men, lè nou mezire konbyen yo te rive, nou te wè sèlman yon tyè nan kantite prevwa a.

Swa yon bagay ki mal ak detektè nou yo, oswa yon bagay ki mal ak modèl nou an nan Solèy la, oswa yon bagay ki mal ak neutrinos yo tèt yo. Eksperyans Reactor byen vit demanti nosyon ke yon bagay te mal ak detektè nou yo (4). Yo te travay jan yo te espere ak pèfòmans yo te trè byen rated. Neutrino nou detekte yo te anrejistre nan pwopòsyon ak kantite neutrinos ki te rive. Pandan plizyè dizèn ane, anpil astwonòm te diskite ke modèl solè nou an pa bon.

4. Imaj evènman neutrino nan radyasyon Cherenkov ki soti nan detektè Super Kamiokande la

Natirèlman, te gen yon lòt posibilite ekzotik ki, si se vre, ta chanje konpreyansyon nou sou linivè a nan sa ki Modèl Estanda te prevwa. Lide a se ke twa kalite neutrinos nou konnen aktyèlman gen mas, pa mèg, e ke yo ka melanje (fliktiye) pou chanje gou si yo gen ase enèji. Si neutrino a elektwonikman deklanche, li ka chanje sou wout la muon i taonsmen sa a posib sèlman lè li gen mas. Syantis yo konsène sou pwoblèm nan nan netrinos dwa ak gòch. Paske, si ou pa ka fè distenksyon ant li, ou pa kapab distenge si li se yon patikil oswa yon antipartikil.

Èske yon neutrino ka pwòp antipartikil li? Pa selon abityèl modèl Standard. Fermionsan jeneral yo pa ta dwe pwòp antiparticules yo. Yon fermion se nenpòt patikil ki gen yon wotasyon ± XNUMX/XNUMX. Kategori sa a gen ladan tout kark ak lepton, ki gen ladan neutrino. Sepandan, gen yon kalite espesyal nan fermyon, ki byen lwen tèlman egziste sèlman nan teyori - Fermyon Majorana a, ki se pwòp antipartikil li yo. Si li te egziste, yon bagay espesyal ta ka rive... neutrino gratis doub beta pouri anba tè. Ak isit la se yon chans pou eksperimantè ki depi lontan te kap chèche yon espas konsa.

Nan tout pwosesis obsève ki enplike neutrinos, patikil sa yo montre yon pwopriyete ke fizisyen yo rele gòch. Neutrino adwat yo, ki se ekstansyon ki pi natirèl nan Modèl Creole a, yo pa wè okenn kote. Tout lòt patikil MS gen yon vèsyon dwa, men neutrinos pa fè sa. Poukisa? Dènye, analiz ekstrèmman konplè pa yon ekip entènasyonal nan fizisyen, ki gen ladan Enstiti a nan fizik nikleyè nan Akademi an Polonè nan Syans (IFJ PAN) nan Krakow, te fè rechèch sou pwoblèm sa a. Syantis yo kwè ke mank de obsèvasyon nan netrino dwat te kapab pwouve ke yo se fermyon Majorana. Si yo te, Lè sa a, vèsyon bò dwat yo trè masiv, ki eksplike difikilte pou deteksyon an.

Men, nou toujou pa konnen si neutrino yo se antipartikil tèt yo. Nou pa konnen si yo jwenn mas yo nan trè fèb obligatwa Boson Higgs la, oswa si yo jwenn li atravè kèk lòt mekanis. Epi nou pa konnen, petèt sektè neutrino a pi konplèks pase nou panse, ak neutrino esteril oswa lou ki kache nan fè nwa a.

Atòm ak lòt anomali

Nan fizik patikil elemantè, san konte neutrinos yo alamòd, gen lòt, mwens byen li te ye domèn rechèch ki soti nan ki "nouvo fizik" ka klere nan. Syantis yo, pou egzanp, dènyèman te pwopoze yon nouvo kalite patikil subatomik yo eksplike enigmatik la. kaon dekonpozisyon (5), yon ka espesyal nan yon patikil meson ki fòme ak yon sèl kark i yon sèl machann antik. Lè patikil kaon dekonpoze, yon ti fraksyon nan yo sibi chanjman ki sezi syantis yo. Style pouri sa a ka endike yon nouvo kalite patikil oswa yon nouvo fòs fizik nan travay. Sa a se andeyò sijè ki abòde lan Modèl Estanda.

Gen plis eksperyans pou jwenn twou vid ki genyen nan modèl estanda a. Men sa yo enkli rechèch pou muon g-2 la. Sa gen prèske yon santèn ane, fizisyen Paul Dirac te predi moman mayetik yon elèktron lè l sèvi avèk g, yon nimewo ki detèmine pwopriyete vire yon patikil. Lè sa a, mezi yo te montre ke "g" se yon ti kras diferan de 2, ak fizisyen yo te kòmanse sèvi ak diferans ki genyen ant valè aktyèl la nan "g" ak 2 yo etidye estrikti entèn nan patikil subatomik ak lwa yo nan fizik an jeneral. An 1959, CERN nan Jenèv, Swis, te fè premye eksperyans ki te mezire valè g-2 yon patikil subatomik yo rele miyon, ki te lye ak yon elèktron men ki enstab epi ki 207 fwa pi lou pase yon patikil elemantè.

Brookhaven National Laboratory nan New York te kòmanse pwòp eksperyans li epi li te pibliye rezilta eksperyans g-2 yo an 2004. Mezi a pa t 'sa modèl estanda a te prevwa. Sepandan, eksperyans lan pa t kolekte ase done pou analiz estatistik pou pwouve ke valè mezire a te tout bon diferan epi li pa jis yon fluctuation estatistik. Lòt sant rechèch kounye a ap fè nouvo eksperyans ak g-2, epi nou pral pwobableman konnen rezilta yo byento.

Gen yon bagay ki pi entrigan pase sa a Kaon anomalies i muon. Nan 2015, yon eksperyans sou pouri anba tè nan beryllium 8Be te montre yon anomali. Syantis nan Ongri itilize detektè yo. Sepandan, fortwit, yo te dekouvri oswa te panse yo dekouvri, ki sijere egzistans lan nan yon senkyèm fòs fondamantal nan lanati.

Fizik nan University of California te vin enterese nan etid la. Yo sijere ke fenomèn nan rele anomali atòm, te koze pa yon patikil konplètman nouvo, ki te sipoze pote fòs la senkyèm nan lanati. Yo rele li X17 paske yo panse mas korespondan li yo se prèske 17 milyon vòlt elèktron. Sa a se 30 fwa mas yon elèktron, men mwens pase mas yon pwoton. Ak fason X17 konpòte li ak yon pwoton se youn nan karakteristik ki pi etranj li yo - se sa ki, li pa kominike avèk yon pwoton ditou. Olye de sa, li reyaji avèk yon elektwon oswa netwon ki chaje negatif, ki pa gen okenn chaj ditou. Sa fè li difisil pou anfòm patikil X17 la nan Modèl Estanda aktyèl nou an. Boson yo asosye ak fòs. Gluon yo asosye ak fòs la fò, boson ak fòs la fèb, ak foton ak elektwomayetik. Gen menm yon boson ipotetik pou gravite yo rele graviton. Kòm yon boson, X17 pral pote yon fòs pwòp li yo, tankou sa ki jiska kounye a te rete yon mistè pou nou epi li ta ka.

Linivè ak direksyon li pi pito?

Nan yon papye ki te pibliye avril sa a nan jounal Science Advances, syantis nan University of New South Wales nan Sydney rapòte ke nouvo mezi limyè ki emèt pa yon kwaza 13 milya ane limyè lwen konfime etid anvan yo ki te jwenn ti varyasyon nan estrikti a konstan amann. nan linivè a. Pwofesè John Webb soti nan UNSW (6) eksplike ke konstan nan estrikti amann "se yon kantite ke fizisyen itilize kòm yon mezi nan fòs elektwomayetik la." fòs elektwomayetik kenbe elektwon alantou nwayo yo nan chak atòm nan linivè a. San li, tout matyè ta ka dekonpoze. Jiska dènyèman, li te konsidere kòm yon fòs konstan nan tan ak espas. Men, nan rechèch li sou de deseni ki sot pase yo, Pwofesè Webb te remake yon anomali nan estrikti solid la amann nan ki fòs elektwomayetik la, mezire nan yon direksyon chwazi nan linivè a, toujou sanble yo dwe yon ti kras diferan.

"" eksplike Webb. Enkonsistans yo te parèt pa nan mezi ekip Ostralyen an, men nan konpare rezilta yo ak anpil lòt mezi kwazar limyè pa lòt syantis yo.

"" Pwofesè Webb di. "". Nan opinyon li, rezilta yo sanble sijere ke ka gen yon direksyon pi pito nan linivè a. Nan lòt mo, linivè a ta nan kèk sans gen yon estrikti dipol.

"" Di syantis la sou anomali yo make.

Sa a se yon lòt bagay ankò: olye de sa yo te panse yo dwe yon distribisyon o aza nan galaksi, kwaza, nyaj gaz ak planèt ak lavi, Linivè toudenkou gen yon kontrepati nò ak sid. Men, pwofesè Webb pare pou admèt ke rezilta mezi syantis yo te fè nan diferan etap lè l sèvi avèk diferan teknoloji ak nan diferan kote sou Latè se an reyalite yon konyensidans gwo.

Webb fè remake ke si gen direksyon nan linivè a, epi si elektwomayetik vire soti yo dwe yon ti kras diferan nan sèten rejyon nan Cosmos la, konsèp ki pi fondamantal ki dèyè anpil nan fizik modèn yo pral bezwen revize. "", pale. Modèl la baze sou teyori gravite Einstein, ki sipoze klèman konstans lwa lanati yo. Men, si se pa sa, lè sa a ... Lespri Bondye a se mayifik nan panse a vire tout bilding lan nan fizik tèt anba.