A Quinta Força: Fato ou Ficção?

Don Lincoln é um cientista sênior do Departamento de Laboratório de Energia, a maior instituição de pesquisa Grande Colisor de Hádrons da América Estados Unidos. Ele também escreve sobre ciência para o público, incluindo seu recente " O Large Hadron Collider: a extraordinária história do bóson de Higgs e outras coisas que vai explodir sua mente " (Johns Hopkins University Press, 2014). Você pode segui-lo no Facebook . Lincoln contribuiu neste artigo para viver de Ciência especialistas Vozes: Op-Ed & Insights .

Ciência e da internet tem uma relação difícil: a ciência tende a avançar através de uma avaliação cuidadosa e tedioso de dados e teoria, e o processo pode levar anos para ser concluído. Em contraste, a comunidade da Internet geralmente tem a atenção de Dory, o peixe distraído de "Procurando Nemo" (e agora "Encontrar Dory") - um meme aqui, uma foto de celebridade lá - oh, olha ... um vídeo engraçado gato .

Assim, as pessoas que estão interessadas em ciência séria deve ser extremamente cauteloso quando lêem uma história on-line que pretende ser uma descoberta científica de mudança de paradigma. Um exemplo recente é um sugerindo que uma nova força da natureza podem ter sido descobertas. Se for verdade, isso significaria que temos que reescrever os livros de texto.

Como físico, eu gostaria de lançar uma luz científica disciplinado sobre o pedido.

[ Além Higgs: 5 Elusive partículas que podem se escondem no Universo ]

A quinta força

Então, o que tem sido afirmado? 

Em um artigo apresentado em 07 de abril de 2015, para o repositório arXiv de artigos de física, um grupo de pesquisadores húngaros relatou em um estudo no qual eles se concentraram um intenso feixe de prótons (partículas encontradas no centro de átomos ) em finas de lítio alvos. As colisões criados núcleos excitados do berílio-8, que cariados em berílio 8 ordinário e pares de partículas de elétrons e pósitrons. (O pósitrons é a antimatéria equivalente do elétron). 

Eles afirmaram que os seus dados não poderiam ser explicadas por fenômenos físicos conhecidos no Modelo Padrão , o atual modelo de governo física de partículas. Mas, eles supostamente, poderiam explicar os dados se uma nova partícula existia com uma massa de volts, aproximadamente, 17 milhões de electrões, que é 32,7 vezes mais pesado do que um elétron e apenas tímido de 2 por cento da massa de um próton. As partículas que emergem nesta faixa de energia, que é relativamente baixo para os padrões modernos, foram bem estudados. E por isso seria muito surpreendente se uma nova partícula foram descobertas neste regime de energia.

No entanto, a medição sobreviveu revisão por pares e foi publicado em 26 de janeiro de 2016, na revista Physical Review Letters , que é uma das mais prestigiadas revistas de física do mundo. Nesta publicação, os pesquisadores, e esta pesquisa, limpou um obstáculo impressionante. [ Que é aquele? Suas perguntas respondidas Física ]

Sua mensuração recebido pouca atenção até que um grupo de físicos teóricos da Universidade da Califórnia, em Irvine (UCI), voltaram sua atenção para ele. Como os teóricos comumente ver com uma medição física controversa, a equipe comparou-a com o corpo de trabalho que foi montada ao longo do último século ou mais, para ver se os novos dados são consistentes ou inconsistentes com o corpo de conhecimento existente. Neste caso, eles olharam para cerca de uma dúzia de estudos publicados.

O que eles descobriram é que, embora a medida não entre em conflito com quaisquer estudos anteriores, parecia ser algo nunca antes observada - e algo que não podia ser explicado pelo Modelo Padrão.

Arcabouço teórico Novo

Para fazer o sentido da medida húngara, então, este grupo de teóricos da UCI inventou uma nova teoria.

A teoria inventada pelo grupo Irvine é realmente muito exótico. Eles começam com a premissa muito razoável que a eventual nova partícula é algo que não é descrito pela teoria existente. Isso faz sentido porque a possível nova partícula é muito baixa massa e teria sido descoberto antes se fosse governada pela física conhecida. Se esta fosse uma nova partícula governado por uma nova física, talvez uma nova força está envolvido. Desde tradicionalmente físicos falam de quatro forças conhecidas fundamentais ( gravidade , eletro magnetismo e as forças nucleares forte e fraca), essa nova força hipotética foi apelidado de "o quinto da força."

Teorias e descobertas de uma quinta força tem uma história atribulada, voltando décadas, com medidas e ideias surgindo e desaparecendo com novos dados. Por outro lado, existem mistérios não explicados pela física comuns como, por exemplo, a matéria escura. Enquanto a matéria escura, historicamente, tem sido modelado como uma única forma de uma partícula estável e maciça que experimenta gravidade e nenhuma das outras forças conhecidas, não há razão para que a matéria escura não poderia experimentar as forças que a matéria comum não experiência. Afinal, comuns experiências matéria forças que a matéria escura não faz, então, a hipótese não é tão bobo.

Há muitas idéias sobre as forças que afetam apenas matéria escura e o prazo para essa ideia básica é chamado de " matéria escura complexa ." Uma ideia comum é que existe um fotão escuro que interage com uma carga escuro realizada apenas por matéria escura. Esta partícula é um análogo da matéria escura do fóton de matéria comum que interage com carga elétrica familiarizados, com uma exceção: Algumas teorias de matéria escura complexa imbuir fótons escuros com a massa, em contraste gritante com fótons comuns. [ Galeria: Dark Matter em todo o universo ]

Se existem fótons escuros, eles podem se acoplar com a matéria comum (e fótons comuns) e decadência em pares elétron-pósitron, que é o que o grupo de pesquisa húngara estava investigando. Porque fótons escuros não interagem com carga elétrica comum, este acoplamento só pode ocorrer por causa dos caprichos da mecânica quântica. Mas se os cientistas começaram a ver um aumento em pares de elétrons e pósitrons, isso pode significar que eles estavam observando um fóton escuro.

O grupo Irvine encontraram um modelo que incluiu uma partícula "protobioética" que não foi descartada por meio de medições anteriores e explicaria o resultado húngara. Partículas que são "protobioética", que significa literalmente "medo de prótons," raramente ou nunca interagir com prótons, mas pode interagir com nêutrons (neutrófilos).

A partícula proposto pelo grupo Irvine experimenta um quinto e desconhecido força, que está na gama de 12 femtometrias, ou cerca de 12 vezes maior do que um protão. A partícula é protobioética e neutro fílica. A partícula proposta tem uma massa de 17 milhões de elétron-volts e pode decair em pares elétron-pósitron. Além de explicar a medida húngara, tal partícula ajudaria a explicar algumas discrepâncias observadas por outros experimentos. Esta última consequência acrescenta algum peso à ideia.

Força paradigma de mudança?

Então este é o status. 

O que é provável que seja verdade? Obviamente, os dados é rei. Outros experimentos terá de confirmar ou refutar a medição. Nada mais realmente importa. Mas isso vai demorar um ano ou mais e ter alguma ideia antes disso poderia ser agradável. A melhor maneira de estimar a probabilidade de a descoberta é real é olhar para a reputação dos vários pesquisadores envolvidos. Esta é claramente uma forma vulgar de fazer ciência, mas vai ajudar a sombra suas expectativas.

Então, vamos começar com o grupo Irvine. Muitos deles (os seniores, tipicamente) são bem consideradas e os membros do campo, estabelecido com papéis de fundo e de sólidos em seu passado. O grupo inclui um espectro de idades, com ambos os membros seniores e juniores. No interesse da divulgação cheia, eu sei que alguns deles pessoalmente e, na verdade, dois deles leu as partes teóricas de capítulos de livros que tenho escrito para o público para garantir que eu não disse nada estúpido. (By the way, eles não encontraram quaisquer gafes, mas certamente ajudou a esclarecer certos pontos.) Isso certamente demonstra a minha alta consideração por membros do grupo de Irvine, mas possivelmente corrompe minha opinião. Em minha opinião, eles quase certamente fez um trabalho minucioso e profissional de comparar o seu novo modelo de dados existentes. Eles encontraram uma região pequena e inexplorado de possíveis teorias que poderiam existir. 

Por outro lado, a teoria é bastante especulativa e altamente improvável. Esta não é uma acusação ... todas as teorias propostas poderiam ser rotulados desta forma. Afinal de contas, o Modelo Padrão, que governa a física de partículas, é quase meio século de idade e foi completamente explorado. Além disso, todas as novas idéias teóricas são especulativos e improvável e quase todos eles estão errados. Isso também não é uma acusação. Há muitas maneiras de adicionar possíveis modificações teorias existentes para explicar novos fenômenos. Eles não podem estar todos certos. Às vezes, nenhuma das ideias propostas estão certos. 

No entanto, podemos concluir a partir da reputação dos membros do grupo que eles têm gerado uma nova ideia e têm comparado a todos os dados existentes relevantes. O fato de que eles lançaram seu modelo significa que sobreviveram aos testes e, portanto, continua a ser uma possibilidade credível, se improvável,.

O que sobre o grupo húngaro? Eu sei que nenhum deles pessoalmente, mas o artigo foi publicado na Physical Review Letters - uma marca de giz na coluna da vitória. No entanto, o grupo também publicou dois artigos anteriores em que foram observadas anomalias comparáveis, incluindo uma possível partícula com uma massa de 12 milhões de elétron-volts e uma segunda publicação alegando a descoberta de uma partícula com uma massa de cerca de 14 milhões de elétron-volts. Ambos os pedidos foram posteriormente falsificados por outros experimentos. 

Além disso, o grupo húngaro nunca satisfatoriamente divulgado o erro foi cometido, que resultou nestas alegações errôneas. Outra possível bandeira vermelha é que o grupo raramente publica dados que não pretende anomalias. Isso é improvável. Na minha própria carreira de investigação, a maioria das publicações foram confirmação das teorias existentes. Anomalias que persistem são muito, muito, raro. 

Então, qual é a linha de fundo? Caso você seja animado sobre esta nova descoberta possível? Bem ... com certeza ... possíveis descobertas são sempre emocionantes. O Modelo Padrão tem resistido ao teste do tempo por meio século, mas há mistérios inexplicáveis ​​e da comunidade científica está sempre procurando a descoberta de que nos aponta na direção de uma teoria nova e melhorada. Mas quais são as chances de que esta medida e a teoria levará ao mundo científico aceitar uma nova força com uma gama de 12 FM e com uma partícula que evita prótons? Minha sensação é que este um tiro longo. Eu não sou tão otimista quanto às chances de esse resultado.

Naturalmente, esta opinião é só isso ... uma opinião, embora um informado. Outros experimentos também vai estar à procura de fótons escuros, pois, mesmo que a medida húngara não resiste a uma análise, ainda há um problema real com a matéria escura. Muitas experiências que procuram fótons escuros irá explorar o mesmo espaço de parâmetros (por exemplo, energia, massa e modos de decaimento) em que os pesquisadores húngaros afirmam ter encontrado uma anomalia. Em breve (dentro de um ano) saber se essa anomalia é uma descoberta ou apenas uma outra colisão na dados que temporariamente animado a comunidade, apenas para ser descartado como melhor os dados são gravados. E, não importa o resultado, bom e melhor ciência será o resultado final.

Fonte: http://www.livescience.com/