top of page

התגלו עדויות 'מוצקות' לכוח טבע חדש

מאת: Pallab Ghosh

מקור: BBC News


מהצמדת מגנט לדלת מקרר ועד לזריקת כדורסל לטבעת, כוחות הפיזיקה משחקים בכל רגע בחיינו. ניתן לצמצם את כל הכוחות שאנו חווים מדי יום לארבע קטגוריות בלבד: כוח המשיכה, אלקטרומגנטיות, הכוח החזק והכוח החלש. כעת, פיזיקאים אומרים שמצאו סימנים אפשריים לכוח טבע בסיסי חמישי. הממצאים מגיעים ממחקר שבוצע במעבדה ליד שיקגו.

מעבדת המאיץ הלאומית על שם פרמי (פרמילאב) באטוויה, אילינוי / Photo: Reidar Hahn

ארבעת הכוחות הבסיסיים שולטים באופן שבו כל האובייקטים והחלקיקים ביקום מקיימים אינטראקציה זה עם זה. לדוגמא, כוח המשיכה גורם לחפצים ליפול לקרקע, וחפצים כבדים מתנהגים כאילו הם מודבקים לרצפה.


מועצת מתקני מדע וטכנולוגיה בבריטניה (STFC) אמרה כי התוצאה "מספקת ראיות מוצקות לקיומו של חלקיק תת אטומי שלא התגלה או כוח חדש". אך התוצאות מניסוי ה-Muon g-2 עדיין אינן מסתכמות בתגלית חד משמעית. נכון לעכשיו יש סיכוי של אחד ל-40,000 שהתוצאה יכולה להיות מקריות סטטיסטית - המשתווה לרמת מובהקות סטטיסטית המתוארת כ-4.1 סיגמא. דרושה רמת סיגמא 5, או סיכוי של אחד ל-3.5 מיליון שהתצפית היתה מיקרית, כדי לטעון לתגלית.


פרופ' מארק לנקסטר (Prof Mark Lancaster), שמוביל את הניסוי בבריטניה, אמר לחדשות BBC: "מצאנו שהאינטראקציה של מיואונים אינה תואמת את המודל הסטנדרטי [התיאוריה המקובלת כיום המסבירה כיצד מתנהגות אבני היסוד של היקום]". חוקר אוניברסיטת מנצ'סטר הוסיף: "ברור שזה מאוד מרגש מכיוון שזה עשוי להצביע על עתיד עם חוקי פיזיקה חדשים, חלקיקים חדשים וכוח חדש שלא ראינו עד היום."


הממצא הוא האחרון בשורה של תוצאות מבטיחות מניסויים בפיזיקת חלקיקים בארה"ב, ביפן, ולאחרונה ממאיץ LHC בגבול שוויץ-צרפת. פרופ' בן אלנאך (Prof Ben Allanach), מאוניברסיטת קיימברידג', שלא היה מעורב במאמץ האחרון, אמר: "חוש העכביש שלי מעקצץ ואומר לי שזה הולך להיות אמיתי. כל הקריירה שלי חיפשתי כוחות וחלקיקים מעבר למה שאנחנו כבר מכירים, וזהו, זה הרגע שחיכיתי לו ואני לא ישן הרבה כי אני נרגש מדי". הניסוי, שבסיסו במעבדת המאיץ הלאומית על שם פרמי (פרמילאב) באטוויה, אילינוי, מחפש סימנים לתופעות חדשות בפיזיקה על ידי חקר התנהגותם של חלקיקים תת אטומיים הנקראים מיואונים.

שתי התוצאות מראות עדויות מוצקות לכך שמיואונים סוטים מחיזוי המודל הסטנדרטי / Image: Ryan Postel

קיימות אבני יסוד של עולמנו שהן אפילו קטנות יותר מהאטום. חלק מהחלקיקים התת-אטומיים הללו מורכבים ממרכיבים קטנים עוד יותר, בעוד שאחרים אינם ניתנים לפירוק לשום דבר אחר (חלקיקי יסוד). המיואון הוא אחד החלקיקים הבסיסיים הללו, הוא דומה לאלקטרון, אבל כבד פי 200.


ניסוי ה-Muon g-2 כולל שליחה של החלקיקים סביב טבעת של 14 מטר ואז החלה של שדה מגנטי. על פי חוקי הפיזיקה הנוכחיים, המקודדים במודל הסטנדרטי, הדבר אמור לגרום למיואונים לרטוט בקצב מסוים. במקום זאת, המדענים גילו כי המיואונים רוטטים בקצב מהיר מהצפוי. זה יכול להיגרם מכוח טבע חדש לחלוטין למדע.


איש עדיין לא יודע מה הכוח הפוטנציאלי החדש הזה עושה, מלבד השפעתו על חלקיקי המיואון. פיזיקאים תיאורטיים מאמינים כי הוא עשוי להיות קשור גם לחלקיק תת אטומי שטרם התגלה. יש יותר מקונספט אחד למה שיכול להיות החלקיק ההיפותטי הזה. אחד נקרא לפטו-קווארק (Leptoquark), אחר הוא בוזון Z.


בחודש שעבר, פיזיקאים שעבדו בניסוי LHCb במאיץ ה-LHC תיארו תוצאות שעשויות להצביע על חלקיק וכוח חדשים. ד"ר מיטש פאטל (Dr Mitesh Patel), מאימפריאל קולג' בלונדון, שהיה מעורב בפרויקט, אמר: "המירוץ מתרחש ממש עכשיו כדי לנסות להצליח להשיג את ההוכחה שזה באמת משהו חדש. זה יצריך יותר נתונים ומדידות נוספות בתקווה להציג ראיות לכך שההשפעות הללו אמיתיות."


פרופ' אלנאך העניק לכוח החמישי הפוטנצאלי שמות שונים במודלים התיאורטיים שלו. ביניהם:

"flavour force"

"third family hyperforce"

והפרוזאי מכולם - "L2 minus B".


בנוסף לכח המשיכה ולאלקטרומגנטיות המוכרים יותר (האחראים לחשמל ולמגנטיות), הכוח החזק והכוח החלש שולטים בהתנהגות חלקיקים תת אטומיים. כוח יסודי חמישי עשוי לסייע בהסבר של כמה מהחידות הגדולות של היקום שהעסיקו מדענים בעשורים האחרונים. לדוגמא, האבחנה כי התפשטות היקום מאיצה יוחסה לתופעה מסתורית המכונה