Недра Земли пригодятся в поисках пятого взаимодействия

Ларри Хантер (Larry Hunter) из Амхерстского колледжа (США) намеревается вместе с коллегами «покопаться» в мантии Земли, чтобы отыскать пятое фундаментальное взаимодействие, а попутно и нечастицы. Что всё это значит?

Начнём с конца. Частицы бывают с массой, энергией и импульсом. При этом даже если массы у них нет (фотон), то при изменении всех касающихся их расстояний и промежутков времени в одинаковое число раз их свойства всё равно сохраняются.

Чёрные стрелки указывают направление спинов электронов в мантии, а лиловая — местонахождение экспериментального лабораторного оборудования. (Иллюстрация Daniel Ang, Larry Hunter, Amherst College.)

В 2007 году американский физик Говард Джорджи (Howard Georgi) предположил, что масштабируемость свойств может быть и у... нечастиц, которые не обладают определённой массой, импульсом и энергией. Нечастица (unparticle) — это нечто, с той или иной вероятностью обладающее сразу всеми возможными массами. У неё также нет и характерного размера. Ещё одно необычное свойство нечастиц: с точки зрения эксперимента рождение нечастицы может выглядеть как рождение дробного числа частиц. Считается, что они (если, конечно, существуют) при нормальных условиях крайне слабо взаимодействуют с материей. Однако в условиях, подобных БАКовским, ситуация может измениться.

Г-н Хантер создал карту спинов электронов глубоко в коре нашей планеты, которую он надеется использовать как для поиска пятого взаимодействия, так и для обнаружения нечастиц, кои могут быть носителями именно такого, пятого взаимодействия.

Как может выглядеть «пятая сила»? Предположительно, она может быть похожей на магнетизм, однако не так быстро ослабевающий с ростом расстояния между взаимодействующими телами. Почему «не так быстро»?

Электромагнитные поля порождаются двумя частицами, которые обмениваются виртуальными фотонами, появляющимися из небытия и тут же исчезающими в нём же. Если же такими виртуальными частицами, как полагает ряд физиков, могут быть нечастицы, то обмен ими и будет порождать пятое фундаментальное взаимодействие. В силу того что масса нечастицы, если бы её смогли найти, зависела бы от способа её измерения (см. эффект масштабной инвариантности), сила фундаментального взаимодействия на её базе не должна падать с расстоянием столь же быстро, как в случае электромагнетизма.

Теоретики полагают, что пятая сила должна «подсказать» количество энергии, необходимое для изменения спина электрона или нейтрона, в силу взаимодействия с другой далёкой частицей. Пока такие опыты проводились со спином нейтронов в лаборатории, однако в масштабах нескольких метров они не дали положительных результатов.

«Мы осознали, что сможем получить источник значительно бóльших размеров, если используем целую планету, Землю», — комментирует свои поиски Ларри Хантер. Экстремальные условия земной мантии могут оказать воздействие на спин электронов в различных минералах, что повлияет на магнитное поле Земли. То есть, наблюдая за геомагнитными данными, можно сделать вывод о спине таких электронов и о том, как их спины должны взаимодействовать с частицами в лаборатории посредством пятого взаимодействия. Правда, когда учёные объединили результаты трёх предшествующих лабораторных опытов по поиску таких электронов в мантии Земли (с помощью удалённого взаимодействия), то ничего не обнаружили.

Это значит, уверен г-н Хантер, что пятая сила должна быть очень слабой. Наложенные проведёнными экспериментами ограничения показывают, что она должна быть в миллион раз слабее, чем гравитация, то есть для её несомненного детектирования нужно использовать значительно более чувствительную аппаратуру, над чем исследователи и намерены поработать.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science

Подготовлено по материалам NewScientist.