По мнению академика Л.Б. Окуня, «кроме гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий должны существовать и другие типы взаимодействий, но их проявления пока не обнаружены». И продолжает: «Кажется очень правдоподобным, что следующий шаг на пути дальнейшей унификации физики станет возможным лишь в результате открытия какого-то нового фундаментального принципа. Чтобы стать проще, физика должна стать еще более нетривиальной. Простой простоты не будет». С этой точкой зрения согласны многие физики-теоретики.
Рассмотрим одну возможность решения этой проблемы. Все элементарные частицы обладают массой, и с этой их квантовой характеристикой связаны гравитационные взаимодействия. А с другой их квантовой характеристикой - электрическим зарядом - связаны электромагнитные взаимодействия. Но все частицы обладают также и спином. Не может ли существовать ещё один тип фундаментальных взаимодействий, обусловленных именно спином? Чтобы ответить на этот вопрос, уточним сначала смысл этого квантового числа.
А теперь вернемся к фитонной модели квантового вакуума. Развивая свою логику, А.Е. Акимов поставил вопрос: что будет, если в качестве источника возмущения мы выберем не массивное или заряженное тело, а например волчок или другой вращающийся объект? Вакуум отзовется и на это возмущение: произойдет поперечная поляризация фитонов, которая, очевидно, будет обладать осесимметричной ориентацией, а не центральносимметричной, как в случае гравитационных и электромагнитных полей. Этот вид возмущения вакуума можно классифицировать как еще один, пятый тип фундаментальных взаимодействий - торсионнные (torsi на латыни означает крутить).
Торсионные взаимодействия известны давно. Их существование в 1922 г. предсказал французский математик Эли Картан, который включил кручение пространства в уравнения ОТО. К его теории проявил интерес Эйнштейн.
Для тех, кто подзабыл, что такое кручение, напомним сведения из школьного учебника по физике. Кручением называется деформация цилиндра с одним закрепленным концом под действием пары сил, направленных перпендикулярно оси цилиндра. Момент этой пары сил называется крутящим моментом. Кручение состоит в относительном повороте параллельных друг другу сечений цилиндра, проведенных по его диаметру. Эти сечения смещаются друг относительно друга, разворачиваясь относительно оси цилиндра, но сохраняют свою форму.
В теории Картана речь шла о массивных телах, обладающих крутящим моментом. О связи спина с торсионным полем Картан знать не мог, т.к. спин в то время еще не был открыт. Поэтому торсионные взаимодействия были введены в теории Картана только как поправка к гравитации.
Эта торсионная поправка, как следовало из теории, была настолько мала, что не было никакой надежды обнаружить ее в экспериментах. Поэтому интерес к торсионным полям угас надолго. А говоря о фундаментальных взаимодействиях, о них даже не упоминали.
Интерес к торсионным полям возродился с середины XX в., когда теория гравитации с кручением была развита в трудах Д.Д. Иваненко, Д. Шима, Т. Киббла, Б.Н. Фролова и др. В этих работах было показано, что источником кручения пространства является спин материальных полей. Иваненко и В.М. Родичев исследовали связь кручения с нелинейными процессами в отсутствие гравитационного поля. Вопрос о константе связи поля кручения в этих работах оставался открытым. Этот вывод могли использовать экспериментаторы, приступая к исследованиям. Позднее стало ясно, что эта константа составляет величину порядка 10 -2 - 10 -3 .
Было показано, что может существовать и другой источник кручения - спиновая жидкость. Она моделирует вещество звезд и Вселенной и представляет собой идеальную жидкость, каждый элемент которой характеризуется импульсом, энергией и внутренним угловым моментом в системе отсчета, в которой в данный момент этот элемент покоится.
Анализ теории Картана показал, что его теория не свободна от упущений. Записывая свои уравнения, Картан не использовал угловых координат для отображения тензора кручения. В итоге он упустил возможность сделать следующий логический шаг и, кроме кручения пространства, рассмотреть также и его вращение.
Связь кручения с вращением диска ещё в XIX в. исследовал французский математик Ж. Френе. Если угловая скорость вращения диска w постоянна, то его кручение обратно пропорционально радиусу R К = 1/R, а угловая скорость w = V/R, где V - линейная скорость вращения. Эта формула хорошо известна в механике.
Вращающийся диск, если он изготовлен из резины, закручивается, изменяя свою геометрию под действием материальных полей кручения. Его внутренняя геометрия в результате характеризуется и кривизной, и кручением. Эта структура называется геометрией Вайценбека по имени исследовавшего её немецкого математика Р. Вайценбека.
Решающего успеха в исследовании торсионных полей добился Г.И. Шипов, который в 1980-х годах разработал теорию физического вакуума. Эта теория решала задачу всех фундаментальных взаимодействий, включая торсионные. Теория торсионного поля, построенная Шиповым, основана на использовании коэффициентов кручения Г. Риччи-Курбастро, что позволило устранить ограничения теории Картана и прийти к выводу об отсутствии теоретического предела на величину константы торсионного взаимодействия.
Пространство событий, описываемое теорией Шипова, имеет 10 измерений: к четырем обычным трансляционным координатам добавляется шесть угловых координат. В отличие от теории относительности Эйнштейна этому пространству соответствует не геометрия Римана, а геометрия Вайценбека, которая характеризуется не только кривизной, но и кручением. Естественным проявлением геометрических свойств такого пространства являются торсионные поля.
Теория физического вакуума Шипова оказалась весьма плодотворной по большому числу важных следствий. Первое из них касается сил инерции, которые были введены Ньютоном в его уравнениях классической механики. Природа этих сил оставалась загадочной на протяжении долгих трехсот лет. Некоторые теоретики и до сих пор утверждают, что эти силы фиктивны и вводятся всего лишь в некоторых системах координат. Вряд ли с ними согласятся пассажиры резко затормозившего автомобиля, которые рискуют по инерции расшибить себе лоб.
Теоретиков, настроенных скептически, смущает то, что они не могут указать источник сил инерции. А раз нет источника, рассуждают они, то нет и сил. Выполнив выше с помощью модели фитонного вакуума качественный анализ этой проблемы, мы показали, что этим источником может служить квантовый вакуум. В теории Шипова дано строгое количественное решение проблемы сил инерции. Он показал, что эти силы вполне реальны и являются порождением особых полей - полей инерции. Эти поля - не что иное, как проявление в повседневной жизни торсионных полей.
Основной вывод из теории физического вакуума можно сформулировать в виде следующего утверждения: в мире не происходит ничего, кроме кручения и искривления пространства.
Возможны различные схемы генерации торсионного поля. Можно, например, использовать электрический разряд между двумя металлическими коаксиальными трубками, помещенными в продольное магнитное поле. Под действием силы Ампера, возникающей в скрещенных электрическом и магнитном полях, электроразрядная плазма будет вращаться в азимутальном направлении. Эта плазма явится источником статического торсионного поля. А если в этом устройстве предусмотрена какая-либо неоднородность в азимутальном направлении, то оно окажется генератором переменного торсионного поля, распространяющегося в радиальном направлении.
Подобные устройства являются источниками торсионного поля на макроуровне. На микроуровне его источником является спин. Важная отличительная особенность торсионного поля состоит в том, что оно носит чисто информационный характер и не связано с передачей энергии.
Ну не возможно не видеть параллели
Сто десять лет назад, обыватели, и знать не знали что идёт научная революция
Были чудики что что-то читали
И даже мечтали о чём-то
Не особо надеясь на сбычу мечт
...
Физики подтверждают возможное открытие пятой фундаментальной силы природы
Последние данные, указывающие на возможное открытие ранее неизвестных субатомных частиц могут свидетельствовать о пятой фундаментальной силе природы, согласно статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters от физиков-теоретиков из Калифорнийского Университета в Ирвине (UCI).
http://www.astronews.space/ru/astrophysics/104-fundamental-sila
В середине 2015 года исследователи UCI натолкнулись на исследования в области экспериментальной ядерной физики в Венгерской академии наук, которые искали "темные фотоны", частицы, которые связывали с невидимой темной материей.
Работа венгров обнаружила аномальный радиоактивный распад, который указывает на существование легкой частицы всего в 30 раз тяжелее электрона.
"Экспериментаторы не смогли утверждать, что это была новая сила. Они просто увидели избыток событий, которые указывали новую частицу, но не было ясно, была ли это частица или сила несущих частиц.
На протяжении десятилетий, нам известны четыре фундаментальные взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, а также сильные и слабые ядерные силы. Если подтвердятся дальнейшие эксперименты, это открытие возможной пятой силы полностью изменит наше представление о Вселенной, с возможностями для объединение сил и темной материи"
сказал Джонатан Фэн (Jonathan Feng), профессор физики и астрономии, соавтор исследования.
Группа UCI изучили данные венгерских исследователей, а также все другие предыдущие эксперименты в этой области и показали, что доказательства, сильно неблагоприятствуют как частице материи так и "темным фотонам". Они предложили новую теорию, которая объединяет все существующие данные и определили, что открытие может указывать на пятую фундаментальную силу. Их первоначальный анализ был опубликован в конце апреля на публичном интернет-сервере Arxiv и последующие усиливающие выводы первой работы был выпущен пятницу на том же сайте.
Работа ученых из UCI показывает, что это не может быть "темным фотоном", вместо этого частица может быть "protophobic Х-бозон." В то время как нормальная электрическая сила действует на электроны и протоны, этот новый бозон взаимодействует только с электронами и нейтронами - и в чрезвычайно ограниченном диапазоне. Соавтор анализа Тимоти Тэйт (Timothy Tait) сказал:
"Там нет никакого другого бозона, который бы имел такие же характеристики. Иногда мы также просто называем это" Х-бозон, где "X" означает, что-то неизвестное."
Фэн отметил, что дальнейшие эксперименты имеют решающее значение:
"Частица не очень тяжелая, и лаборатории имели энергию, необходимую, чтобы обнаружить ее, еще в 50-х и 60-х годах. Но причина, почему ее трудно было найти в том, что взаимодействия этой частицы очень слабы. Тем не менее, из-за того, что новая частица настолько легка, есть много экспериментальных групп, работающих в небольших лабораториях по всему миру, которые зная первоначальные требования, теперь знают, где искать.
Вполне возможно, что эти два сектора взаимодействуют друг с другом через несколько завуалированное, но фундаментальные взаимодействие. Эта сила может проявляться так как эту protophobic силу мы наблюдаем в результате венгерского эксперимента. В более широком смысле, это согласуется с нашими первоначальными исследованиями, чтобы понять природу темной материи."
Одним из направлений дальнейших исследований, является вероятность того, что эта пятая сила имеет потенциал быть присоединенной к электромагнитной и сильным и слабым ядерным силам как "проявления одной грандиозной, более фундаментальной силы".
Мир физики гудит, обсуждая возможное открытие пятой фундаментальной силы, действующей наравне с гравитацией, электромагнетизмом, а также сильным и слабым ядерным взаимодействием.
Затравкой стал необычный пик, который увидела команда венгерских физиков. Вообще-то они искали одного из кандидатов в частицы тёмной материи - так называемый . Для этого брался кусок лития-7, который облучали протонами относительно небольшой энергии. В результате получали изотоп бериллий-8 в возбуждённом состоянии. Такой изотоп может излучить или фотон, или пару электрон-позитрон.
Необычный пик наблюдается под углом около 140 градусов и только для протонов с энергиями 1,10 и 1,04 МэВ.
В эксперименте следили за тем, под каким углом вылетают электрон и позитрон. Ожидалось, что чем больше угол между ними, тем меньше таких пар. Но оказалось, что под углом 140 градусов чуть больше частиц, чем под соседними. Такой пик можно объяснить, если ввести существование не известного ранее бозона - его сейчас называют просто бозоном X. Авторы изначального эксперимента надеются, что это и есть тот тёмный фотон, который они искали. Эксперимент шёл более трёх лет и был опубликован в архиве в прошлом году.
А в апреле этого года в архиве появилась теоретическая статья американской группы, которая предложила не менее изящное объяснение - этот бозон это переносчик неизвестного ранее пятого фундаментального взаимодействия. В поддержку своего мнения они там ещё привели пару нестыковок в других экспериментах, которые тоже можно объяснить этой гипотезой.
Проблема, однако, в том, что пока больше никто венгров не проверил, хотя работы вроде идут. А у них там довольно странная штука: пик на 140 градусах видно только если бериллий-8 рождается протонами с энергией 1,10 и 1,04 МэВ. Если же он рождается протонами с энергией 1,2 или 0,8 МэВ, то пик волшебным образом пропадает.
Ну и странно, конечно, что такую лёгкую частицу (а бозон X имеет массу раз в 50 меньше массы протона), не замечали в экспериментах раньше.
В общем, как обычно в таких ситуациях, пока рано вестись на хайп. Будем ждать будущих экспериментов от независимых групп. Ну а теоретики, конечно, пока будут рождать гипотезы одну причудливее другой, пока полёт их фантазии не будет ограничен новыми экспериментальными данными.
Если их выводы подтвердятся, в науке произойдет сенсация мирового масштаба, возможно, более значительная, чем открытие гравитационных волн.
Сегодня известны четыре фундаментальные силы, действующие в нашем мире: гравитационная и электромагнитная силы на макроуровне, сильное и слабое взаимодействия наблюдаются на уровне элементарных частиц. Физикам пока хватает этих четырех сил, чтобы объяснить все вокруг. Беспокоит только то, что видимая материя составляет не более 5% всей материи Вселенной, остальная же скрыта от наших органов чувств. Ученые называют эту неощутимую нами часть Вселенной - темной материей и темной энергией.
Считается, что единственная сила, которая воздействует на темную материю, - это гравитация, но безусловных следов этого взаимодействия пока не найдено. Отсутствие взаимодействия с темной материей не смущает ученых, они продолжают его искать и потенциально готовы к открытиям, в том числе - к открытию нового фундаментального взаимодействия.
В прошлом году физик Аттила Кразнахоркай (Attila Krasznahorkay) с коллегами из Института ядерных исследований Венгерской академии наук (Дебрецен) опубликовали в базе препринтов ArXiv.org статью, в которой сделали вывод об открытии ими пятого взаимодействия. В январе их статья вышла в журнале Physical Review Letters.
Обе публикации не были замечены научным сообществом, за исключением группы физиков-теоретиков под руководством Джонотана Фенга (Jonathan Feng) из Университета Калифорнии (Ирвин, США), которые решили проверить результаты венгерских коллег. Фенг с соавторами внимательно изучили расчеты венгерских исследователей и объявили, что эта новая сила, как им кажется, не нарушает каких-либо законов природы. Фенг опубликовал статью о проверке, также в ArXiv.org.
Венгерские ученые искали «темный фотон» - частицу света темной материи. Они бомбардировали кусок лития-7 протонами, в результате чего протоны превращались в нестабильное ядро бериллия-8, которое распадалось на пару электронов и позитронов (аналогов электронов в антиматерии). Когда протоны ударялись о литий под углом 140 градусов, обратно вылетало значительно больше пар электронов и позитронов, чем предполагали расчеты, основанные на Стандартной модели.
Авторы эксперимента решили, что эти лишние частицы могут быть проявлением новой частицы - в 34 раза тяжелее, чем электрон. Возможно, это и есть темный фотон. Фенг с соавторами полагают, что аномалия, наблюдаемая венгерскими учеными, демонстрирует не темный фотон, а проявление пятого взаимодействия.
Сейчас сразу несколько научных групп - из Национальной лаборатории Джефферсона (Thomas Jefferson National Accelerator Facility) в США, MIT, ЦЕРН - взялись повторить эксперимент и проверить выводы Кразнахоркая и Фенга.
Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram , чтобы быть в курсе самых интересных событий.
Недавно венгерские ученые в результате одного из экспериментов обнаружили аномальное явление. При распаде ядер бериллия они получили частицу, масса и поведение которой не могут быть объяснены стандартной физической моделью.
Аномальная частица
В начале 2016 года последующее совместное исследование с группой американских ученых было опубликовано в престижном журнале Physical Review Letters. Изучив поведение частицы, ученые составили математическую модель, служащую дополнением к стандартной модели. По предположениям ученых, эта модель в перспективе могла бы объяснить существование и свойства темной материи. Они даже надеются на первый намек на существование пятого фундаментального взаимодействия частиц.
Стандартная модель
Существует четыре фундаментальных «силы природы», которые точнее называются силами фундаментального взаимодействия: электромагнетизм, гравитация, сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие. Согласно стандартной модели, все силы, кроме гравитационной, взаимодействуют между собой. Это побуждает ученых стремиться найти новую, пятую фундаментальную силу взаимодействия, которая могла бы позволить прямо наблюдать за темной материей.
Опубликованного эксперимента оказалось недостаточно, чтобы доказать существование нового взаимодействия. Аномальное явление на сегодняшний день может быть вызвано новой частицей материи или безмассовым возбудителем неизвестного взаимодействия.
Проведенный эксперимент
Эксперимент был проведен в Венгерской Научной Академии учеными, которые давно занимаются поисками «темных фотонов» - частиц, взаимодействующих с темной материей. Аномалия в ядерном распаде бериллия, наблюдаемая в ходе эксперимента, оказалась частицей с массой в 30 раз больше электрона.
Если эта частица обладает способностью провоцировать новое взаимодействие, то открытие может оказаться революционным. Не только обнаружится предсказанная «пятая сила», но эта сила потенциально сможет объединить известные взаимодействия и темную материю. Подобное объединение значительно расширит наше понимание Вселенной и физических процессов, происходящих в ней.
Конечно, одного эксперимента и теоретической модели недостаточно, чтобы поверить в существование нового фундаментального взаимодействия. Нужно провести еще немало исследований и экспериментов, а также сформулировать новую теорию, соединяющую в себе стандартную модель и новую силу. К счастью, аномальная частица сравнительно стабильна и может прямо наблюдаться большинством заинтересованных ученых.
Загрузка...