Další krok na cestě k potvrzení existence páté základní síly hlásí američtí vědci z fyzikální laboratoře Fermilab nedaleko Chicaga. Od roku 2021, kdy poprvé výsledky oznámili, sesbírali více dat a tvrdí, že dvakrát snížili pravděpodobnost, že jde jenom o statistickou chybu.
Pátá základní síla vesmíru možná existuje, naznačují pokusy
V současné fyzice se v souladu s takzvanou standardní teorií má za to, že interakce veškerých částic a předmětů mají na svědomí čtyři základní síly: gravitace, elektromagnetismus a silná a slabá jaderná síla. A přestože důkazy o přítomnosti páté síly jsou podle některých vědců dost přesvědčivé, pokrok v tomto výzkumu zatím nelze označit za vědecký průlom.
Prokázání páté interakce by mohlo vést k objasnění některých velkých fyzikálních záhad posledních desetiletí, například existence takzvané temné energie ve vesmíru, která podle některých teorií způsobuje, že se rychlost rozpínání vesmíru stále zrychluje místo toho, aby se postupně zpomalovala.
Výzkumníci při experimentech pracují s miony, elementárními částicemi podobnými elektronům, ale 200krát těžšími. Fermilab v rámci experimentu Muon g-2 posílá miony dokola v elektromagnetu ve tvaru prstence s průměrem asi 15 metrů, který má velmi stabilní a přesně změřené magnetické pole. Miony by v něm měly podle standardního modelu „kmitat“ určitou rychlostí. Vědci ale při měřeních zjistili, že jejich chování takovému standardnímu modelu neodpovídá. A zatím nenašli žádné jiné racionální vysvětlení – pracují tedy s hypotézou, že by za tím mohla být síla, kterou zatím nedokázali popsat.
Vědci z Fermilabu doufají, že získají dostatečná data a v příštích dvou letech odstraní teoretické pochybnosti. Přítomnost páté interakce se však snaží dokázat i konkurenční vědecký tým Velkého hadronového urychlovače (LHC) ve švýcarském Cernu. Ten zaujalo jakési chvění, které v experimentu pozoruje.
Profesor Jon Butterworth z University College London, který právě na tomto experimentu Atlas na LHC pracuje, pro deník The Guardian řekl: „Chvění je způsobeno interakcí mionů s magnetickým polem. Ve standardním modelu se dá vypočítat velmi přesně, ale tento výpočet zahrnuje kvantové smyčky, v nichž se objevují známé částice. Pokud se měření neshodují s předpovědí, mohlo by to naznačovat, že se ve smyčkách objevuje nějaká neznámá částice, která by mohla být například nositelem páté síly.“
Podle Butterworthe je situace nadějná, ale současně trošku nejasná: „Pokud se nesrovnalost potvrdí, budeme si jisti, že je tu něco nového a vzrušujícího, ale nebudeme si jisti, co to přesně je. V ideálním případě by nesrovnalost poskytla informace o nových teoretických myšlenkách, které by vedly k novým předpovědím, například o tom, jak bychom mohli najít částici, která je nositelem nové síly, pokud to je právě ona. Konečným potvrzením by pak bylo sestavení experimentu, který by tuto částici přímo objevil.“
Butterworth dodal, že neočekávaná frekvence mionových kmitů je jedním z nejdéle trvajících a nejvýznamnějších rozporů mezi měřením a standardním modelem.
„Toto měření je velkým úspěchem a je velmi nepravděpodobné, že by teď bylo chybné,“ řekl. „Pokud se tedy předpovědi teorie vyřeší, mohlo by se skutečně jednat o první potvrzený důkaz páté síly – nebo něčeho dalšího podivného a mimo standardní model.“
Tajemství v nitru hmoty
„Měření chování, které neodpovídá předpokladům standardního modelu, je svatým grálem částicové fyziky. Je takovou startovací pistolí na dráze k revoluci našeho chápání, protože (standardní) model ustál experimenty posledních padesáti let,“ popsal Mitesh Patel z Královské univerzity v Londýně pro BBC.
Spolehlivé prokázání přítomnosti páté interakce by bylo jedním z největších fyzikálních objevů od dob Einsteinových teorií relativity, dodává BBC.
Jak by vypadala pátá síla?
„Máme důvody věřit, že nám něco uniká,“ uvedl pro odborný časopis Scientific American fyzik Eric Adelberger z Washingtonské univerzity, který se na studii nepodílel. Jeho vlastní tým už dříve hledal některé z navrhovaných nových sil, ale nenašel vůbec nic. Ve studii, za kterou získal roku 2021 prestižní cenu Breakthrough Prize, vědci pod jeho vedením došli k závěru, že pátá síla musí být mnohem slabší, než předpovídaly některé teorie, anebo že prostě neexistuje.
Její vliv na vesmír by byl velice jemný, už jen proto, že se většina jevů v kosmu dá vysvětlit zcela bez ní a není v nich ani zmínka po nějaké síle, která by tam byla „navíc“.
Podle Adelbergera je měření příslušných interakcí mimořádně náročné, mimo jiné proto, že typický objekt, který se má sledovat, je asi milionkrát menší než šířka průměrného lidského vlasu. Sebemenší vliv jiných známých sil, jako je elektromagnetismus, může taková jemná měření snadno zhatit.
