قوت‌‌گرفتن احتمال کشف نیروی پنجم حاکم بر جهان فیزیک

فیزیکدانان بار دیگر توانسته‌‌اند شواهدی مبنی بر وجود بوزون X17 بیابند؛ زیرذره‌‌ی اتمی مرموزی که رفتار آن در چارچوب هیچ‌‌یک از نیروهای چهارگانه‌‌ی فیزیک نمی‌گنجد.

تمامی فعل و انفعالات جهان تحت تأثیر یک یا چند مورد از نیروهای چهارگانه‌‌ی بنیادین طبیعت قرار دارند. این نیروها عبارت‌‌اند از: جاذبه، الکترومغناطیس، نیروی هسته‌‌ای ضعیف و هسته‌‌ای قوی. حال فیزیکدانان می‌‌گویند که احتمالا نشانه‌‌هایی از وجود یک نیروی فیزیکی پنجم یافته‌‌اند؛ نیرویی که از دل اتم هلیوم نشات می‌‌گیرد.

این اولین باری نیست که پژوهشگران از وجود چنین نیرویی سخن می‌‌گویند. چند سال پیش نیز آن‌‌ها آثاری از این نیروی مرموز را در حین واکنش فروپاشی ایزوتوپ بریلیوم مشاهده کرده بودند. حال همان تیم از پژوهشگران نمونه‌‌ی دیگری از آثار این نیرو را مشاهده کرده‌‌اند. آن‌‌ها همچنین از وجود ذره‌‌ای تازه سخن می‌‌گویند که به گمان آن‌‌ها حامل این نیروی مرموز است؛ ذره‌‌ای به‌نام X17.

اگر درستی این کشف تازه اثبات شود، نه‌‌تنها می‌توانیم دانسته‌‌های خود را درمورد ذره‌‌ی X17 افزایش دهیم؛ بلکه خواهیم توانست به درک صحیح‌‌تری از نیروهای حاکم بر جهان دست یابیم. در کنار همه‌‌ی این‌‌ها شاید فرصتی در اختیار دانشمندان قرار گیرد تا یک‌‌بار برای همیشه مسئله‌‌ی ماده‌‌ی تاریک را برای خود حل کنند.

آتیلا کرازناهورکی و همکارانش از مؤسسه‌‌ی تحقیقات هسته‌‌ای مجارستان متوجه پدیده‌‌ای عجیب در خلال آزمایش‌‌های سال ۲۰۱۶ شدند. آن‌‌ها حین تجزیه‌‌و تحلیل نورهای ساطع‌‌شده از فرایند فروپاشی بریلیوم ۸ (در حالت برانگیخته) با نشانه‌‌هایی از وجود نیرویی ناشناخته مواجه شدند. پژوهشگران دریافتند اگر این نور به‌‌اندازه‌‌ی کافی قدرتمند باشد، از آن یک ذره‌‌ی الکترون و یک ذره‌‌ی پوزیترون ایجاد خواهد شد که در یک زاویه‌‌ی قابل‌‌اندازه‌‌گیری یکدیگر را دفع کرده و از هم دور خواهند شد.

براساس قانون تبدیل انرژی، با افزایش سطح انرژی نوری که این دو ذره را ایجاد می‌‌کند، زاویه‌‌ی میان آن‌‌ها باید کاسته شود. این دست‌کم چیزی بود که از لحاظ آماری انتظار آن می‌‌رفت. اما نکته‌ی عجیب ماجرا اینجا است که مشاهدات کرازناهورکی و همکارانش با این انتظارات در تعارض بود. با وجود همخوانی در زاویه‌‌ی حرکت، پژوهشگران دریافتند که تعداد الکترون‌‌ها و پوزیترون‌‌های جداشده در زاویه‌‌ی ۱۴۰ درجه با افزایش غیرمنتظره‌‌ای مواجه شده است.

این مطالعه به‌‌قدری موجه به‌نظر می‌‌رسید که دیری نپایید توجه سایر پژوهشگران جهان نیز به‌‌سوی احتمال کشف یک ذره‌‌ی کاملا جدید جلب شد؛ ذره‌‌ای که شاید بتواند توضیحی برای علت بروز این پدیده‌‌ی عجیب ارائه کند. ذره‌‌ی جدید برخلاف تمامی کشفیات پیشین دارای ویژگی‌‌هایی بود که می‌‌توانست آن را در رده‌‌ی انواع کاملا جدیدی از بوز‌‌ون‌‌های بنیادین جای دهد.

physics new force

آنچه پژوهشگران می‌‌گویند، به هیچ‌‌وجه ادعای کوچکی به‌‌شمار نمی‌‌آید. ما تاکنون تنها از وجود چهار نیروی بنیادین مطلع بودیم که در سه مورد از آن‌‌ها، بوزون‌‌ها مسئول ربایش و رانش شناخته شده‌‌اند. درمورد جاذبه، ذره‌‌ای فرضی به‌‌نام گراویتون (graviton) مسئول اعمال نیرو شناخته شد؛ با این حال، هنوز پژوهشگران نتوانسته‌‌اند نشانه‌‌ای از وجود آن بیابند.

از آنجاکه بوزون جدید دارای جرمی کاملا مشخص (معادل با ۱۷ مگاالکترون‌‌ولت یا ۳۳ برابر جرم یک الکترون) و نیز طول عمری کوتاه (معادل ۱۴-۱۰ ثانیه) است، نمی‌‎توان هیچ‌‌یک از نیروهای چهارگانه‌‌ی فعلی را درمورد آن صادق دانست. این همان موضوعی است که موجب شد گمانه‌‌زنی‌‌ها درباره‌‌ی وجود نیروی بنیادین پنجم فیزیک شکل جدی‌‌تری به خود بگیرد.

بدین‌‌ترتیب، تمامی شواهد حاکی از آن هستند که بوزون جدید باید حامل نیروی پنجم کاملا جدیدی باشد. اما طبیعی است که دنیای فیزیک رغبت چندانی برای پذیرش این موضوع به‌‌عنوان یکی از واقعیات تازه ندارد. کشف یک ذره‌‌ی تازه خبر بسیار مهمی محسوب می‌‌شود که همواره زیر ذره‌‌بین بررسی‌‌های موشکافانه‌‌ی کارشناسان قرار می‌‌گیرد؛ تعجبی ندارد که این بررسی‌‌ها خیل عظیمی از آزمایش‌‌های تکرارپذیر را به‌‌دنبال خواهد داشت.

خوشبختانه علی‌‌رغم چنین کشف بزرگی، کرازناهورکی و همکارانش طی سال‌‌های گذشته نیز بیکار ننشسته‌اند. از آن زمان تاکنون توجه تیم از موضوع فروپاشی بریلیوم ۸ به گذار حالت انگیختگی هسته‌‌ی هلیوم معطوف شده است.

مشابه با کشف پیشین، پژوهشگران بار دیگر جفت ذره‌‌هایی از الکترون و پوزیترون را مشاهده کردند که در زاویه‌‌ای نامتعارف و خارج از انتظارات مدل پیشین از یکدیگر دور می‌‌شدند. این‌‌بار اعداد و ارقام زاویه‌‌ای نزدیک به ۱۱۵ درجه را نشان می‌‌داد.

پژوهشگران باکمک یک روش بازگشتی محاسبه کردند که هسته‌‌ی هلیوم احتمالا یک بوزون با عمری کوتاه و جرمی کمتر از ۱۷ مگاالکترون‌‌ولت تولید کرده است. آن‌‌ها به‌‌منظور سادگی بیش‌‌تر این ذره را X17 نام‌‌گذاری کردند. با این حال، ذره‌‌ی یادشده هنوز فاصله‌‌ی زیادی تا معرفی به‌‌عنوان  یک ذره‌‌ی رسمی دارد که بتوان آن را در یکی از مدل‌‌های ماده به‌‌کار گرفت.

آزمایش سال ۲۰۱۶ در یکی از ژورنال‌‌های معتبر از سری مقالات Physical Review Letters به‌‌ چاپ رسیده است؛ ولی مطالعه‌‌ی اخیر هنوز در مرحله‌‌ی بازبینی قرار دارد. با این حال، اخیرا نسخه‌‌ای از آن در arXiv قرار گرفته است تا ازسوی کارشناسان سایر حوزه‌‌ها نیز مورد نقد و بررسی قرار گیرد.

اگر درنهایت امر، این زیرذره‌‌ی اتمی مرموز هم در زمره‌‌ی سایر اشتباهات آزمایشگاهی قرار نگیرد، می‌‌توان گفت کنش‌‌های میان این بوزون با نوترون ممکن است نشانه‌‌ای از وجود نیرویی باشد که هیچ شباهتی به نیروهای چهارگانه‌‌ی فیزیک نخواهد داشت. حال که ذهن فیزیکدانان سخت مشغول یکی از بزرگ‌ترین رازهای دنیای فیزیک یعنی ماده‌‌ی تاریک شده است، شاید خبر کشف یک ذره‌‌ی کاملا جدید بتواند راهکاری برای حل این کلاف سردرگم و ایجاد ارتباط میان ماده‌‌ی معمولی و ماده‌‌ی تاریک ارائه کند.

در حقیقت، تعدادی از آزمایش‌‌های حوزه‌‌ی ماده‌‌ی تاریک نیز پیش‌‌تر به‌دنبال کشف ذره‌‌ای عجیب با جرمی ۱۷ مگاولتی بوده‌اند؛ با این حال دنیای فیزیک تا به امروز موفق به یافتن چنین ذره‌‌ای نشده بود. به‌‌نظر می‌‌رسد بازآرایی مدل استاندارد فیزیک ذرات و نیروهای حاکم بر آن باهدف تعریف این عضو جدید از خانواده، زمینه‌‌ساز تغییراتی بنیادین در دنیای فیزیک خواهد بود. شاید ذره‌‌ی X17 به‌راستی همان ذره‌‌ای باشد که سال‌‌ها در انتظار کشف آن بوده‌‌ایم.

منبع : زومیت 

هشتگ های مطلب : 

#فیزیک #نیرو #انرژی #الکترومغناطیس

مقالات مرتبط :

پاسخی بگذارید