ידענים: היקום | פיסיקה קוונטית

מאת 23 באוגוסט 2016 12 תגובות

לדברי החוקרים, מאוניברסיטת קליפורניה באירווין, החלקיק, שמשקלו פי 30  מהאלקטרון, כלומר קל מאוד וניתן לזיהוי במעבדות ובמאיצים, מתקשר עם האלקטרונים והניוטרונים ועשוי לאפשר איחוד בין מרבית הכוחות האחרים וכן עשוי לתת הסבר לחומר האפל. כעת יש להמתין לאישורו הנסייני
ממצאים המעידים על גילוי אפשרי של חלקיק תת-אטומי בלתי ידוע עד כה, עשויים להעיד על קיומו של כוח חמישי בטבע. כך עולה ממאמר שפורסם בכתב העת המדעי Physical Review Letters על ידי פיזיקאים תיאורטיקנים באוניברסיטה קליפורניה, אירווין.

בראש המחקר עמד פרופ' ג'ונתן פנג, ושותפים בו ברטוש פורנאל, יפתח גלאון, סוזן גרדנר, ג'ורדן סמילונסקי, טים טייט ופיליפ טנדו.

"אם זה נכון, זה מהפכני", אמר ג'ונתן פנג, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת קליפורניה באירווין. "במשך עשרות שנים היכרנו את ארבעת הכוחות הבסיסיים: כבידה, אלקטרומגנטיות, ואת הכוחות הגרעיניים החזק והחלש. אם יאושר על ידי ניסויים נוספים, הגילוי הזה של כוח חמישי אפשרי ישנה לחלוטין את הבנותינו על אודות היקום, ויש לכך השלכה על איחוד כוחות ועל הגורם לחומר האפל." אומר פנג.

גלאון, פוסט דוקטורנט באוניברסיטת קליפורניה באירוונג שאת הדוקטורט שלו עשה אצל פרופ' יעל שדמי, מסביר בשיחה עם אתר הידען: "נתקלנו במחקר שהתפרסם באמצע 2015 על ידי פיסיקאי גרעין נסייניים באקדמיה ההונגרית למדעים שחיפשו "פוטונים כהים," חלקיקים שיסמלו את החומר האפל, אשר פיסיקאים אומרים כי הוא מהווה מעל 85 אחוזים מהמסה של היקום. "החוקרים ההונגרים חשפו אנומליה בהתפרקות רדיואקטיבית, אשר מצביעה על קיומו של חלקיק קל הכבד רק פי 30 מהאלקטרון."

"החוקרים ההונגרים, במתקן שנקרא אטומקי, השתמשו במחולל פרוטונים וירו על מטרה עשויה ליתיום, וכתוצאה מהפגיעה נוצר בריליום 8, איזוטופ נדיר המיוצר בתגובות גרעיניות. כמו לאטום המימן גם לאטום בריליום יש מצבים מעוררים אך באנרגיות הרבה יותר גבוהות – פי מיליון מאטום המימן. בגלל הפרשי הרמות אפשר לא רק לפלוט ספקטרום של אור כמו במימן אלא גם זוגות של אלקטרון פוזיטרון כשהגרעין עובר מהמצב המעורר למצב היסוד."

"לפני שביצעו את הניסוי הם ידעו כיצד התוצאות של פליטת אלקטרון-פוזיטרון אמורות להראות לפי התיאוריה, במידה ומדובר בפוטונים אפלים. הם ציפו לראות משהו חלק, במקום זאת ראו קפיצה בנתונים שלהם, שצריך לפרש כחלקיק חדש. האנליזה שלנו לקחה את התוצאות שלהם ופירשה מה החלקיק הזה יכול להיות. הגענו למסקנה שמדובר אכן בחלקיק חדש – נושא כוח חמישי שבעיקרו פרוטופובי – כלומר -לא אוהב לדבר עם הפרוטונים." מסביר גלאון.

כולנו מכירים את ארבעת כוחות הטבע – הכבידה, הכוח האלקטרו מגנטי, והכוחות הגרעיניים החזק והחלש. מטען חשמלי מערב פרוטונים ואלקטרונים אך לא ניוטרונים – החלקיקים הנייטרליים באטום. הכוח הזה מדבר עם ניוטרונים ואלקטרונים אך לא עם פרוטונים, שאיתם הוא מדבר בצורה יחסית חלשה. המשמעות היא שאם אכן זה נכון הדבר ישנה את כל מה שאנחנו יודעים על המודל הסטנדרטי – שמתאר שלושה מתוך ארבעת הכוחות – הכוח הגרעיני החזק, הגרעיני החלש והכוח האלקטרומגנטי ואם נגלה כוח חמישי נצטרך לתקן את התפיסות שלנלו לגבי איך הטבע מתנהג – נצטרך להרחיב את המודל הסטנדרטי."

עוד מוסיף גלאון: "מה שמעניין הוא שהדבר נעשה באנרגיות נמוכות, פי מיליון מהאטום אך חלש בהרבה מהאנרגיות הנוצרות במאיץ ההדרונים הגדול -LHC בסרן. מדובר במשהו כמו שישה סדרי גודל."

האם ניתן 'לגלות' את החלקיק החדש בנתוני ריצות קודמות של המאיץ בסרן?

גלאון: "יש הצעה לחיפוש בנתוני ה-LHC של ניסוי LHCb העוסק בעיקר במדידות מדויקות של מזוני B אבל יש לו מערכת עם רזולוציה גבוהה ולכן היא יכולה לגלות חלקיקים מהסוג הזה. יש צורך לבצע אנליזה לנתונים קיימים ולנתונים שנכנסים כל הזמן. אם הרזולוציה מספיק טובה ניתן יהיה לבחון את התיאוריה. ישנם ניסויים באיטליה וברוסיה שמסוגלים לגלות את החלקיק באמצעות אלקטרונים או פוזיטרונים הפוגעים במטרה.

כמו פריצות דרך מדעיות רבות, גם החלקיק הנוכחי, התיאורטי עדיין, פותח שדות חדשים לגמרי של מחקר. כיוון אחד הוא האפשרות כי הכוח חמישי הפוטנציאלי הזה עשוי להיות הגורם המאחד בין הכוחות הגרעיניים החזקים והחלשים והכוח האלקטרו מגנטי. "גילויים של כוח אחד מפואר בסיסי יותר."

מה הסבירות שזה לא כוח חדש?
"כמו תמיד, יש צורך לוודא את התוצאה. אם הפרשנות שלנו לניסוי ההונגרי נוגעת לאותם הפרמטרים כמו שאנחנו מבינים אותו אפשר יהיה לוודא אותו בניסויים עתידיים כמו שציינתי ב-LHCb. מכיוון שהכוח החדש גם מתקשר עם אלקטרונים ופוזיטרונים יש גם ניסויים במאיצים של אלקטרון פוזיטרון שיש להם יכולת עקרונית לחקור את החלקיק הזה.

להודעה של החוקרים

למחקר המדעי

אבי בליזובסקי

עורך אתר הידען ([email protected]) כל המאמרים של אבי בליזובסקי באתר הידען

12 תגובות ל “פיזיקאים תיאורטיקנים: גילינו חלקיק המפעיל את הכוח החמישי בטבע”

  1. גלעד

    Elbentzo תודה על תשובתך , החיפושית אולי לא מייצרת חלב אבל לפחות עזרה לנו במעמד הר סיני 😉 .
    שאלה נוספת :
    לפי מה שאני מבין מדענים הגיעו למסכנה שהיה מפץ גדול מכיוון שבתצפיות הם רואים שכל הגלקסיות מתרחקות אחת מהשנייה , בדרך כלל מדגימים את זה על בלון שמציירים עליו נקודות וכשמנפחים אותו רואים את הנקודות מתרחקות.
    יש בלונה פארק מתקן קרוסלה עם כסאות באוויר , כשיושבים עליו והמתקן צובר מהירות רואים אפקט דומה שכל האנשים מתרחקים אחד מהשני (אחד יותר , אחד פחות תלוי במשקל)
    השאלה שלי : למה הסיקו שהמודל הוא התרחבות מנקודה קטנה אין סופית? למה לא יכול להיות שהיקום מסתובב במהירות ושיש אולי איזה כוח במרכז שמסובב אותו ולכן כל דבר מתרחק אחד מהשני ?

  2. אנונימי

    אלבנצו
    אחלה הסבר. ואיך יכול להיות שבוואקום יש אנרגיה? אלא אם כן הוואקום זה מעין שדה שמתווך בין האנרגיה שנכנסת , מאיזה מקום שהמידע שבו אינו שמיש, לתוך השדה הזה של וואקום, שדרכו האנרגיה מומרת למידע שמיש ועוברת הלאה?

  3. elbentzo

    גלעד,

    לתשובה לשאלתך יש כמה חלקים:

    1. המפץ הגדול אינו פיצוץ ולכן כל אנאלוגיה בינו לבין פיצוץ שגויה מיסודה. זהו רק שם, ושם לא מוצלח. להקביל את המפץ הגדול לפיצוץ זה קצת כמו לומר שחיפושית מסוימת מייצרת חלב, כי הרי קוראים לה "פרת משה רבינו", ופרות מפיקות חלב.

    2. גם בפיצוץ, חלקיקים מאיצים רק כל עוד פועל עליהם כוח – כלומר, כל עוד הם נדחפים. לכן אם התאוצה שאנו צופים בה היום היא שריד ישיר של המפץ, צריך להיות כוח כלשהו שממשיך לדחוף את כל היקום החוצה. במשך שנים רבות פיזיקאים מנסים לאתר ולהבין את הכוח הזה, ונכון להיום ההסבר היחיד שעולה בקנה אחד עם תצפיות הינה האנרגיה האפלה. אם יבוא יום אחד אדם וימצא כוח שאינו אפל וממשיך לדחוף את היקום כלפי חוץ בהתאם לתצפיות, זה בכלל ימשוך את השטיח מתחת לחלק מהעדויות לקיום אנרגיה אפלה.

    3. כפי שנאמר בסעיף הקודם, "חלק מהעדויות", וזאת כי לקיום אנרגיה אפלה יש עוד ראיות מלבד התפשטות היקום. נכון, ההתפשטות המואצת היא כנראה החזקה והחשובה ביותר, אבל היא לא היחידה. למשל, משיקולים קוונטים בלבד (שאינם נוגעים לאופן בו מתפתח היקום שלנו) ניתן לראות שבוואקום יש אנרגיה שמפעילה לחץ כלפי חוץ.

  4. גלעד

    שאלה :
    בכל פיצוץ של חומר , החלקיקים של החומר מאיצים בשלבי הפיצוץ הראשוני ומתפזרים לכל עבר .
    לפי מה שאני מבין מדענים הסיקו שקיימת אנרגיה שחורה מכיוון שהם רואים שהיקום מאיץ את התפשטותו ולכן חייבת להיות אנרגיה שגורמת לזה לקרות.

    השאלה שלי : איך יודעים שהתאוצה של התפשטות היקום היא לא הפיצוץ עצמו ? האם לא ייתכן מצב שאנחנו נמצאים בשלבים הראשונים של הפיצוץ ומכאן התאוצה של ההתפשטות ?

  5. א.בןנר

    לאייל
    מכיוון שאתה מסכים איתי, וגם אני מסכים עם עצמי, אולי ראוי כי נציע לאבי בליזובסקי לשנות את שם האתר ולקרוא לו מעתה "הידען הספקן".
    אני בטוח כי הנך תומך נלהב בהצעתי.
    נתונה לך על כך תודתי, מראש ומהראש.

  6. אייל

    לא. בןנר

    שים לב מה כתבתי בתגובתי הראשונה. בדיוק את מה שציינת כאן. תפקידם הוא מכריע. אנחנו מסכימים.

    מבחינתי במדע הכל תחת ספקות תמיד. תמיד אטיל ספק ואבדוק עצמי ואחרים. תיאוריות עולות ומוחלפות באחרות כשניסויים חדשים מפריכים אותן. כך מתנהל המדע.

  7. א.בןנר

    לאייל
    דווקא לנקודה שהעלית אינני מסכים.
    נכון שהתוצאות שהתגלו עד כה אינן תומכות בקיומו של "החלקיק האלמנטרי החדש", אבל המאמץ התאורטי הנו בעל חשיבות רבה ביותר בכך שהוא עשוי להוביל לפרדיקציות חדשות ולניסויים חדשים.
    המדע הוא תהליך. ידועים מקרים שמה שבעבר נחשב ל"לא נכון" נמצא בהמשך כלפחות "נכון לכאורה" או "דרוש בדיקה מחדש".
    דוגמאות : (*)-הקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין. (*)-תאוריית האבולוציה הלמרקית
    ויתכן שישנן דוגמאות נוספות.
    המדע שואב ידע רב ומסקנות חשובות מ"כישלונות" לכאורה.

  8. אייל

    א. בונר,
    נכון מאוד. מה שקצת מצחיק הוא, שבשנה האחרונה מאז פרסום ה"חלקיק האלמנטרי החדש" בLHC ועד והודעה לאחרונה שזו היתה טעות סטטיסטית, התפרסמו כמה מאות מאמרים תיאורטיים שנותנים הסברים ותיאוריות שונות ומשונות לגבי ה"חלקיק החדש". תיאורטיקנים קופצים תמיד על הדברים הללו. במיוחד בחלקיקים ובאסטרופיסיקה.

  9. א.בןנר

    ראוי להזכיר שאך לפני כשנה בערך, הייתה אפשרות שבמאיץ LHC בסרן, נמצא חלקיק אלמנטרי חדש, אך לאחר שנבדקו תוצאות רבות של הניסוי הוברר שזאת הייתה טעות סטטיסטית שהתבטלה עם הצטברות תוצאות רבות מספיק.
    קיימת עם כן, כנראה בסבירות גבוהה, האפשרות שגם בניסוי ההונגרי מדובר בסטייה סטטיסטית, שיתכן ותתבטל כשיבדקו תוצאות של מספר ניסויים רב.
    קצת קשה להאמין שלפתע, לאחר כל כך הרבה ניסויים במאיצים רבים ושונים, התגלה כוח יסודי חדש.
    אבל….כל זמן שלא הוכח ההפך, הכל פתוח.

  10. אייל

    הנקודה החשובה לדעתי היא הכותרת של הכותבים: "גילינו".
    תיאורטיקנים אינם מגלים, אלא מספקים תחזיות ותיאורית שטעונים ביסוס ניסויי.
    תפקידם הוא מכריע בניסוח כללי משחק חדשים להבנת הטבע כמו שלניסיונאים תפקיד מכריע משלהם.
    בסופו של דבר מדובר בפרשנות לאנומליה, שנכון לעכשיו טובה כמו כל פרשנות אחרת. צריך לחכות לניסויים שיאוששו זאת. כל דבר אחר זו קצת התיימרות עבור כותרות.

  11. יוסי יערי

    מעניין ביותר !
    להרצל: זה לא נשמע כמו הטעות בנושא הנייטרינו המהירים מהאור כיוון שבמקרה ההוא, אם היה מסתבר שלא מדובר בטעות – הדבר היה מוביל לשינוי מהותי של המודל הסטנדרטי בעוד שהפעם, אם יסתבר כנכון, הדבר יוביל להרחבה, והבנה טובה יותר, של המודל הסטנדרטי.

  12. הרצל

    נשמע כמו הנייטרינו המהירים מהאור שנתגלו באיטליה, והתבררו כטעות בניסוי. נחכה ונראה.

הוספת תגובה

  • (will not be published)