Світло не таке, як ми думаємо: відкриття неможливої частинки може переписати фізику
Фото: гравитация | Світло не таке, як ми думаємо: відкриття неможливої частинки може переписати фізику
Експерименти з атомами водню незабаром можуть показати, чи існують частинки, існування яких забороняє Стандартна модель фізики елементарних частинок. Якщо фотони, частинки світла, мають більше квантових станів, ніж очікувалося, то це переверне розуміння всієї фізики елементарних частинок. Учені знайшли спосіб перевірити цю теорію.
Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv, пише New Scientist.
Фотон — що це?
Фотон або частинка світла є фундаментальною частинкою, яка переносить електромагнітну взаємодію. Це одна з головних сил природи разом із гравітацією, слабкою та сильною взаємодією. Фотони не мають маси та електричного заряду. Ці частинки можуть існувати тільки, коли рухаються зі швидкістю світла (300 000 км/с).
У Фокус. Технології з’явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Деякі елементарні частинки мають властивість, яка називається спін. У фотонів спін може перебувати в одному з двох станів, що проявляється в тому, що світло поляризується або поширюється в одному з двох напрямків.
Фотон — це частинка, якої не повинно існувати
Автори дослідження припускають, що фотон може мати нескінченну кількість станів спіна, а отже може мати нескінченну кількість напрямків поширення. Якщо частинки світла справді мають більше квантових станів, ніж припускають, то в такому разі фотон може бути безмасовою частинкою, що переносить силу і має нескінченну кількість станів спіна. Вона називається часткою з безперервним спіном, але її ніколи ніхто не бачив, і вона є лише гіпотетичною.
Зараз багато фізиків вважають, що частинка з безперервним спіном не може існувати. Річ у тім, що, згідно зі Стандартною моделлю фізики елементарних частинок, частинки, які є переносниками сили, повинні мати обмежену кількість станів спіна.
Але автори дослідження вважають, що ця частинка може існувати і фотон якраз і є цією неможливою частинкою. Фізики з’ясували, як за допомогою експерименту можна виявити частинку з безперервним спіном.
Фотон або частинка світла є фундаментальною частинкою, яка переносить електромагнітну взаємодію. Ілюстрація Фото: ScienceAlert
Експеримент, який може підтвердити теорію
Фізики з’ясували, що за допомогою експерименту з атомом водню можна підтвердити те, що фотон є часткою з безперервним спіном. Це можна побачити, коли атом водню випускає фотони під час переходу з вищого в нижчий енергетичний стан. Фізики виявили, що один конкретний перехід не може випускати один стандартний фотон, але може випускати фотон, який є часткою з безперервним спіном. Таким чином, під час експерименту, коли спостерігається такий перехід, можна довести, чи є фотони частинками з безперервним спіном.
Доведеться переписати фізику
Вчені кажуть, що їхня ідея досить радикальна, але якщо під час експерименту буде виявлено докази того, що фотони є частинками з безперервним спіном, то доведеться переписати всю фізику елементарних частинок.
Якщо фотон є цією гіпотетичною частинкою, то він має нескінченну кількість станів спіна водночас є переносником електромагнітної взаємодії, вважають фізики. Якщо це так, то Стандартна модель фізики елементарних частинок, яка об’єднує всі наявні частинки та їхні взаємодії в одну теорію, є неповною.
Ксав’є Бекар з Турського університету, Франція, який не брав участі в дослідженні, вважає, що цей експеримент може мати величезні наслідки для фізики. Якщо буде виявлено гіпотетичну частинку, то вона може вказувати на існування нової фізики, яка виходить за межі Стандартної моделі фізики елементарних частинок.
Нагадуємо, що одними з найзагадковіших елементарних частинок є нейтрино, які проходять практично через будь-які об’єкти зі звичайної матерії на своєму шляху. Нещодавно, як уже писав Фокус, вчені виявили нове несподіване джерело нейтрино.
Також Фокус писав про те, у яких планет Сонячної системи є кільця. Більшість людей, ймовірно, якщо думають про планети з кільцями, то відразу ж згадують про планету Сатурн. Але це не єдина планета в Сонячній системі, що має таку особливість.