ПРИХОВАТИ

Як 5-та фундаментальна взаємодія відіб’ється на природі речей та нашій взаємодії з природою

Раніше ми повідомляли про можливе відкриття “темних” фотонів або ж п’ятої взаємодії природи. Science Ukraine спробує відповісти на питання читача Kateryna (@jabluchko) та з’ясувати, що саме могли знайти угорські дослідники.

Чотири взаємодії + 1

Дотепер усі відомі нам види фундаментальної взаємодії енергії та матерії можна перерахувати на пальцях однієї долоні:

  • Сильна
  • Слабка
  • Електромагнітна
  • Гравітаційна

Слово “фундаментальна” тут позначає саме природу взаємодії — усе відбувається у основі всього, що ми бачимо у макросвіті. Саме тому, не важко зрозуміти, чому науковці так радіють можливому існуванню ще одного гравця у Теорії Всього.

Сильна взаємодія з’явилась у науковому світі на початку XX сторіччя, коли японський фізик Хадекі Юкава описав теорію обміну квантовими частинами між складовими атомних ядер. Виявилось, що нейтрони та протони у ядрі утримує разом найпотужніша з відомих у світі сил, але діє вона лише на дуже-дуже малих відстанях, що не перевищують 10−15 м. Пізніше вчені прийняли виклик цієї сили та спробували приборкати її, викликавши руйнацію ядер важких елементів, “готових” розлучитися через надмірну кількість нейтронів. У 1940-х рр. американці вперше випробували ядерну бомбу у пустелі Аламогордо.

Приблизно на тих самих міжатомних відстанях діє слабка взаємодія, яка відповідальна за повільні процеси перетворення нейтронів у протони. Все це супроводжується вивільненням променистої енергії, електронів та позитронів. Це явище повільного перетворення та генерації енергії використовується у радіоізотопних термоелектричних генераторах (РІТЕГ), а також діє всередині нашого Сонця, де відбувається синтез. Пригадуєте, чим обігрівався Мет Деймон у художній стрічці “Марсіанин”?

Марсіанин RITEG
Мет Деймон у ролі Марка Вотні тримає “РІТЕГ”. Марсіанин (2015).

Електромагнітна взаємодія має набагато більше проявів у звичному для нас світі: від побутових пристроїв та електричної мережі до атмосферних явищ. Електромагнетизм став предметом дослідження багатьох вчених, зокрема — сербського винахідника Ніколи Тесла. Електромагнетизм можна відчути, наприклад, якщо потерти гумову кульку об волосся. Електростатика, та й годі…

Як і гравітація, електромагнітна взаємодія пов’язана з полями. Так у науці визначають частину простору взаємодії, кожна точка якого має свою величину напруженості та напрямку дії сили. Якщо вас трохи бентежить це, не хвилюйтесь: це важко уявити, адже наш зір не пристосований до спостереження за іншими квантовими частинками, окрім фотонів з певною енергією. Саме квантові частинки відповідальні за цю взаємодію. Чи ви подумали, що це якась магія?

Насправді, за електромагнітними полями стоять фотони, які є “носіями” енергії цих полів. Саме вони виконують роботу та творять дивовижні речі. Те саме у випадку сильної та слабкої взаємодії, де роль носіїв виконують інші квантові частинки — мезони, кварки та лептони.

Але повернемось до відкриття таємничої квантової частинки з енергією 17 МеВ, яке зробили угорські вчені.

Темний фотон

Енергія частинки, яка складає 17 МеВ — поки що, це все, що відомо про “темний фотон”. Не так вже й багато інформації, еге ж?.

Вчені вважають, що для побудови Теорії Всього, яка б об’єднувала одразу чотири типи взаємодії, необхідно дослідити квантові частинки з енергіями, що набагато перевищують сучасні можливості колайдерів. Але припустимо, що це був все ж таки “темний фотон”. Темним він був названий через те, що звичайні для нас фотони, які ми бачимо оком не взаємодіють з темною матерією у космосі, а за розрахунками вчених її у Всесвіті приблизно третина.

Якщо темні фотони існують та взаємодіють з темною енергією, це може стати величезним кроком у дослідженні світу. Якщо звичайні фотони відповідальні за взаємодію зі звичною матерією та електромагнетизм, то “темні фотони” стануть нашим інструментом у дослідженні та керуванні темною матерією. Іншими словами, ми відкриємо для себе геть нову енергію та можливості, які важко уявити.

Темні фотони можуть стати ключем до темної матерії. Ніхто б не відмовився від темної матерії у себе в лабораторії: темна матерія для нової хімії та медицини, темна матерія для космонавтики, темна матерія для енергетики і таке інше, що збуджує науковців не гірше за екстазі.

Все ж таки X-бозон

Бозон звучить не так привабливо як “темний фотон”? Можливо, але навіть нова квантова взаємодія на атомних відстанях може випадково змінити все.

Атомна фізика, а потім й квантова механіка не припиняли боротьбу за можливості синтезу, починаючи з середини минулого століття. Головною перепоною для створення повноцінного термоядерного реактора, який би генерував більше енергії, аніж споживав, вивільняючи енергію сильної взаємодії назовні, залишається контроль. Кращі науковці та інженери продовжують роботу над реакторами синтезу, які б працювали за принципом зорі, синтезуючи гелій та водень у важкі елементи. За таким принципом працює ITER, та Вендельштайн 7-X. Останній увійшов у фазу тестування у лютому, а на церемонії запуску була присутня навіть канцлер Ангела Меркель.

Новий бозон може значно доповнити наявну квантову теорію та Стандартну модель, а також допомогти вченим глибше зрозуміти усі особливості взаємодії матерії всередині ядер атомів.

Черенковське випромінювання у звичайному ядерному реакторі.

Якщо все вдасться, термоядерні реактори зможуть вирішити енергетичну кризу людства та запобігти кліматичним змінам від використання викопного палива.

Total
3
Shares
3 Shares:
Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *