Oamenii de știință au propus o particulă nouă care e un portal spre o a cincea dimensiune

Oamenii de știință vor să caute o particulă ipotetică, una care poate funcționa ca un portal spre o a cincea dimensiune deformată care mediază lumile cosmice ale luminii și întunericului.

Poate că fraza anterioară ți-a sunat ca un subiect de carte SF, dar e fix ce au spus oamenii de știință care au lucrat la un studiu recent prin care au încercat să găsească răspuns la unele dintre cele mai persistente enigme din lumea științei.

Existența acestei particule ar putea furniza o explicație naturală pentru abundența materiei întunecate, o substanță neidentificată care predomină în univers, și ar putea rezolva niște probleme legate de particulele subatomice numite fermioni, conform noului studiu, care a fost publicat luna trecută în The European Physical Journal C.

Studiul adaugă că prezența unei fizici noi poate explica aceste mistere fundamentale prin prezentarea unui model de univers cu o a cincea dimensiune care poate fi traversată de particule.

Studiul a fost efectuat de Javier Castellano și Matthias Neubert, ambii fizicieni teoreticieni la PRISMA+ Cluster of Excellence din Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz, și Adrián Carmona de la departamentul de fizică teoretică și cosmos a Universității din Granada.

„Lucrăm la subiectul acesta de multă vreme”, a zis echipa într-un e-mail.

„Motivația noastră inițială era să explicăm originea posibilă a maselor de fermioni în teorii printr-o dimensiune deformată. Știam că aceste mase de particule au anumite trăsături speciale care se cer explicate”, au zis ei.

Cercetătorii s-au alăturat unei tradiții științifice vechi care se întreabă dacă universul are doar aceste patru dimensiuni pe care le cunoaștem. Acest curent de cercetare a produs ecuații de câmp cvinto-dimensional care exprimă implicațiile pe care le-ar avea această extra dimensiune asupra universului și a realității.

În timp ce cerceta aceste ecuații în relație cu masele de fermioni, echipa a schițat existența unui nou câmp scalar asociat cu o particulă speculativă care e similară cu bosonul Higgs. 

„Am descoperit că noul câmp scalar are un comportament interesant, non-trivial, în această extra dimensiune”, a explicat echipa. „Cum această particulă nouă are proprietăți similare cu bosonul Higgs, a fost natural să presupunem că cele două particule se pot amesteca, ceea ce înseamnă că funcțiile lor cuantic-mecanice se împletesc.”

„Una dintre motivațiile acestui studiu a fost studierea acestui amestec de particule.”

În timp ce probau ipoteza, fizicienii au realizat că particula grea le-ar putea oferi o perspectivă unică asupra materiei întunecate pentru că ar putea media o nouă forță care conectează materia întunecată și rivalul ei vizibil, care ia forma stelelor, a planetelor și a oricărui element pe care îl poți detecta prin intermediul astronomiei tradiționale bazată pe lumină.

„Dacă această particulă există, ar putea conecta materia vizibilă pe care o cunoaștem și pe care am studiat-o în detaliu cu constituenții materiei întunecate, dacă presupunem că materia întunecată e compusă din fermioni fundamentali, care trăiesc în extra dimensiune”, au explicat fizicienii.

„Nu e o idee ciudată, pentru că știm că materia obișnuită e compusă din fermioni, iar dacă această extra dimensiune există, fermionii se vor propaga și în ea”, au zis ei.

Modelele particulei ipotetice nu intră în conflict cu dovezile observaționale reale despre abundența materiei întunecate în univers. Acest acord general cu dovezile empirice, pe lângă munca matematică din studiu, demonstrează că „particula ar putea fi un mesager către sectorul întunecat”, au zis cercetătorii.

„Astfel, confirmarea existenței unei astfel de particule scalare va deschide o nouă cale palpitantă spre descoperirea materiei întunecate”, a zis echipa. „Acest lucru ne va da informații foarte utile despre masa materiei întunecate și interacțiunile ei cu particulele pe care le cunoaștem azi.”

Acum că oamenii de știință au aflat despre această particulă ipotetică și despre a cincea dimensiune, mai trebuie doar s-o caute. Bosonul Higgs a fost detectat de acceleratorul de particule Large Hadron Collider (LHC) în Elveția, în 2012, o realizare care a câștigat premiul Nobel în fizică. Dar LHC nu are echipamentul necesar să caute particula propusă în noul studiu.

Deși particula ar putea fi detectată de o nouă generație de acceleratoare de particule, precum International Linear Collider, Compact Linear Collider (CLIC) și Future Circular Collider, cercetătorii au zis că provocarea e foarte mare. Ei sunt de părere că particula ar putea fi detectată mai indirect, de exemplu, prin observarea undelor gravitaționale, care sunt unde în spațiu și timp.

„O altă posibilitate, încă neexplorată, e că această nouă particulă ar putea juca un rol important în istoria cosmologică a universului și ar putea produce unde gravitaționale care ar putea fi găsite cu viitoare detectoare de unde gravitaționale”, au adăugat cercetătorii.

Alte studii viitoare despre materia întunecată ar putea aduce mai multe dovezi despre existența particulei, așa că echipa e optimistă că acest concept al celei de-a cincea dimensiuni se va dezvolta odată cu progresele din fizica particulelor și cosmologie. Dacă există, particula ar putea rezolva dileme științifice foarte vechi, cum ar fi cea a aromelor sau problema ierarhiei, și ar deschide o nouă fereastră spre înțelegerea universului timpuriu.

„Putem studia și rolul potențial jucat de noua particulă scalară în stabilizarea celei de-a cincea dimensiuni”, a zis echipa. „Asta ar putea duce la o istorie cosmologică interesantă a universului și la producția de unde gravitaționale.”

„Putem încerca să găsim noi modalități de a testa această particulă cu viitoare acceleratoare de particule”, au concluzionat cercetătorii. „După cum se vede, avem suficiente dileme de rezolvat!”