Свет не такой, как мы думаем: открытие невозможной частицы может переписать физику

Фото: New Scientist

Эксперименты с атомами водорода вскоре могут показать, существуют ли частицы, существование которых запрещает Стандартная модель физики элементарных частиц. Если фотоны, частицы света, имеют больше квантовых состояний, чем ожидалось, то это перевернет понимание всей физики элементарных частиц. Ученые нашли способ проверить эту теорию. Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv, пишет New Scientist.

Фотон – что это?

Фотон или частица света является фундаментальной частицей, которая переносит электромагнитное взаимодействие. Это одна из главных сил природы вместе с гравитацией, слабым и сильным взаимодействием. Фотоны не имеют массы и электрического заряда. Эти частицы могут существовать только, когда двигаются со скоростью света (300 000 км/с).

Некоторые элементарные частицы имеют свойство, которое называется спин. У фотонов спин может находиться в одном из двух состояний, что проявляется в том, что свет поляризуется или распространяется в одном из двух направлений.

Фотон – это частица, которой не должно существовать

Авторы исследования предполагают, что фотон может иметь бесконечное количество состояний спина, а значит может иметь бесконечное количество направлений распространения. Если частицы света действительно имеют больше квантовых состояний, чем предполагается, то в таком случае фотон может быть безмассовой частицей, которая переносит силу и имеет бесконечное количество состояний спина. Она называется частицей с непрерывным спином, но ее никогда никто не видел, и она является лишь гипотетической.

Сейчас многие физики считают, что частица с непрерывным спином не может существовать. Дело в том, что, согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, частицы, которые являются переносчиками силы, должны иметь ограниченное количество состояний спина.

Но авторы исследования считают, что эта частица может существовать и фотон как раз и является этой невозможной частицей. Физики выяснили, как с помощью эксперимента можно обнаружить частицу с непрерывным спином.

Эксперимент, который может подтвердить теорию

Физики выяснили, что с помощью эксперимента с атомом водорода можно подтвердить то, что фотон является частицей с непрерывным спином. Это можно увидеть, когда атом водорода выпускает фотоны при переходе из более высокого в более низкое энергетическое состояние. Физики обнаружили, что один конкретный переход не может выпускать один стандартный фотон, но может испускать фотон, который является частицей с непрерывным спином. Таким образом, во время эксперимента, когда наблюдается такой переход можно доказать, являются ли фотоны частицами с непрерывным спином.

Придется переписать физику

Ученые говорят, что их идея довольно радикальна, но если во время эксперимента будут обнаружены доказательства того, что фотоны являются частицами с непрерывным спином, то придется переписать всю физику элементарных частиц.

Если фотон является этой гипотетической частицей, то он имеет бесконечное количество состояний спина в то же время является переносчиком электромагнитного взаимодействия, считают физики. Если это так, то Стандартная модель физики элементарных частиц, которая объединяет все существующие частицы и их взаимодействия в одну теорию, является неполной.

Ксавье Бекар из Турского университета, Франция, который не принимал участие в исследовании, считает, что этот эксперимент может иметь огромные последствия для физики. Если будет обнаружена гипотетическая частица, то она может указывать на существование новой физики, которая выходит за пределы Стандартной модели физики элементарных частиц.

Карпова Рада
Журналист AOinform