「X17粒子」は宇宙の第5の力を示唆している可能性があるか?

それは科学において最も重要なカルテットです。誰かが証明できる限り、宇宙は重力、電磁気、強い力、弱い力という 4 つの「基本的な力」によって支配されています。もしかしたら彼らは一人ではないかもしれません。 2015年、物理学者アッティラ・クラスナホルカイ率いるハンガリーのチームが、これまで科学では知られていなかった5番目の基本的な力に関する新たな証拠を発見したと伝えられた。

同グループは、この主題に関する別の論文を（研究データベース）2019年10月23日にアップロードした。多くの科学者がこれらの発見に懐疑的である一方で、この研究は、私たち皆が当たり前だと思っている主要な力について話す機会を与えてくれた。

ファブフォー

基本的な力は還元不可能であり、他のより基本的な力に分解することはできないことを意味します。これらは、他の既知のタイプの物理的相互作用の背後にある中心的な現象です。たとえば、摩擦、張力、弾性はすべて電磁気から生じます。

それは何ですか？電磁気は、 という力です。反対の電荷を持つものは引き付けられますが、「似た」電荷を持つものは互いに反発します。この原理は冷蔵庫に磁石をくっつけるだけでなく、固体の物体がその形状を保持できる理由でもあります。

電磁気と比較すると、重力はかなり弱いです。驚くべきことに、これは実際には、いわゆる「弱い力」を含む 4 つの基本要素の中で最も弱いものです。 (これについては、少し後で説明します。) ここでは、適切な名前が付けられた に目を向けましょう。これは、荷電陽子が絶えず逃げようとするにもかかわらず、原子核を結び付けるものです。

最後に重要なことですが、弱い力 (別名「弱い相互作用」) があります。粒子を変換することにより、科学者が化石や遺物の年代を決定するために使用するプロセスである放射年代測定が容易になります。ああ、弱い力をご存知ですか？それは大したことです。

すべてを理解する

科学者たちは、これらの力のうち 3 つをうまく説明する理論を持っています。物理学の として知られており、さまざまな測定値と数式で構成されています。また、素粒子をカテゴリーとサブカテゴリーに分類します。

「物理学の標準モデル（SM）は、あらゆるエネルギーにおける素粒子の世界を記述するための現在の枠組みです」とMITの物理学者リチャード・ミルナーは電子メールで述べている。 「それは第二次世界大戦後に開発され、1950年以来、その開発への貢献に対して授与されたノーベル物理学賞は少なくとも18回数えています。」

すべての優れた理論と同様に、標準模型には、2012 年 7 月 4 日のとらえどころのないヒッグス粒子の発見を含む、正確に数多くの科学的進歩があります。

しかし、すべての質問に答えられるわけではありません。標準模型は重力の説明を提供しておらず、科学者は宇宙を構成する謎の成分である暗黒物質の理解に少しも近づいていません。

パーティクル X17 を求めて

ここで、クラスナホルカイと仲間たちの出番です。2015 年の での実験中、彼らは の内部を観察しました。通常、このプロセスでは光が放出され、後に電子と陽電子（正電荷を持つ亜原子粒子の一種）に変換されます。

案の定、それが起こりました。しかしその後、事態は面白くなりました。通常、ベリリウム 8 は予測可能な方法で崩壊しますが、奇妙なほど多くの電子と陽電子が 140 度の角度で互いに反発しました。

余剰を説明するために、クラスナホルカイ氏のチームは、原子が崩壊するにつれてこれまでに見たことのない粒子が形成されたと主張した。彼らの計算によると、この理論上の亜原子体の質量は約 1,700 万電子ボルトになります。彼らはそれを「」と名付けました。

今、X17 が再びニュースになっています。最近、同じハンガリーの科学者がヘリウム 4 の崩壊サンプルの異常を検出しました。彼らの arXiv 論文によると、おそらく別の X17 粒子が作成されたため、予期せぬ余剰の陽電子と電子が放出されました。

もしこの謎の粒子が存在するとしたら、それはとても特別なものかもしれません。おそらく、もしかしたら、それは新たに発見されたキャリアボソンであるかもしれません。

ケースはクローズされていません

おそらく の粒子が回転しています。それらは力を運ぶことが知られており、標準モデルの不可欠な部分となっています。

標準模型の下では、「他の素粒子間の『キャリア』ボソンの交換によって力が発生する」とミルナーは説明する。 4つの基本的な力にはそれぞれ独自の があると言われています。重力を運ぶものはまだ発見されていませんが、強い力、弱い力、電磁気と関連するキャリアーボソンについては十分に文書化されています。

おそらく、X17 は、私たちが存在することを知らなかった 5 番目の基本的な力のキャリアボソンとなるでしょう。そしておそらく、その力は何らかの形で暗黒物質に関連しているのでしょう。

しかし、私たちは先を行っています。ご存知のとおり、そもそも X17 が存在するという確固たる証拠はありません。 CERNとして知られる欧州原子核研究機構は、粒子のあらゆる痕跡を検出します。そして、新しい arXiv 論文はまだ他の科学者からの査読を待っています。

「独立したグループはX17の存在を証明する実験を行わなければならない。ハンガリーの実験は繰り返されるべきである」とミルナーは書いている。彼と彼の同僚は、バージニア州ニューポートニューズにあるトーマス・ジェファーソン国立加速器施設での「散乱実験」でX17粒子の生成を試みるという提案を考案した。

現時点では、標準モデルでは新しい基本的な力は考慮されていません。したがって、X17 とそれに搭載されているとされる「第 5 の力」が本物であれば、古き良き SM を改造する必要があるでしょう。いずれにせよ、亜原子の世界には依然として秘密が満ちていることは明らかです。