Existuje piata sila?

Doteraz vieme o štyroch základných silách (interakciách) v prírode: sú to gravitácia, elektromagnetizmus, silná a slabá jadrová sila. Nedávny pokus o lepšie porozumenie podstaty tmavej hmoty obmedzuje pôsobenie možnej piatej sily takmer na nulu.

Umelecké stvárnenie binárneho systému s pulzarom (menší objekt) a bielym trpaslíkom

Vo vesmíre existujú niektoré efekty, ktoré sa nedajú vysvetliť len štyrmi známymi silami. Napríklad v roku 2016 pokus v Maďarsku ukázal neočakávané správanie pri rozpade atómových jadier izotopu berýlia 8. Po ostreľovaní lítiovej fólie protónmi pozorovatelia videli viac párov elektrón – pozitrón vymrštených v uhle 140 stupňov, čo je ťažko vysvetliteľné v rámci štandardných teórií jadrovej fyziky. Jedna z možností je existencia piatej prírodnej sily, ktorá ovláda správanie elementárnych častíc popri ostatných štyroch silách.

Testovanie pomocou pulzara

Niektorí vedci si myslia, že piata sila by mala pôsobiť aj na tmavú hmotu, neviditeľnú substanciu, ktorá tvorí väčšinu hmoty vesmíru. Skupina výskumníkov testovala hypotézu o piatej sile pomocou pulzara a jeho sprievodcu v dvojhviezde – bieleho trpaslíka. Pulzary, v ktorých sú atómové jadrá premenené na neutróny, sú také husté, že ich extrémne silné gravitačné pole by mohlo zvýšiť akékoľvek možné interakcie s tmavou hmotou. Biely trpaslík je veľmi hustá hviezda, je taktiež kompaktný, no nie až tak ako neutrónová hviezda – pulzar. Všeobecná teória relativity predpovedá, že normálna hmota by mala padať voľným pádom smerom k tmavej hmote, ale piata sila, ktorá má schopnosť interagovať s tmavou aj obyčajnou hmotou, môže zosilniť alebo zoslabiť priťahovanie tmavej hmoty. Ak teda piata sila existuje, halo z tmavej hmoty okolo Mliečnej cesty, ktorého hustota je najvyššia smerom k jadru Galaxie, by malo priťahovať neutrónovú hviezdu a bieleho trpaslíka rôznymi spôsobmi, pričom by sa jemne menila ich obežná dráha v binárnom systéme.

Za hranicu teórie relativity

Vedci si vybrali binárny pulzar PSR J1713+0747, ktorý je vzdialený 3 800 svetelných rokov od nás a nachádza sa v smere ku galaktickému jadru. Keďže sa predpokladá, že tmavá hmota je koncentrovaná smerom k jadru Galaxie, tento dvojhviezdny systém s pulzarom by mal zabezpečiť ideálny test toho, ako by mala účinkovať piata sila na tmavú a klasickú hmotu. Vedci chceli vidieť, či sa pohyby pulzara a bieleho trpaslíka budú líšiť pri vzájomnom obehu. Ak existuje piata sila, ktorá pôsobí medzi tmavou a štandardnou hmotou, nebola by univerzálna, hovorí Lijing Shao z nemeckého Max Planck Institute for Radio Astronomy. Mala by spôsobiť vznik zdanlivého rozdielu medzi neutrónovou hviezdou a bielym trpaslíkom v ich voľnom páde smerom k tmavej hmote. S pomocou 20-ročných rádioastronomických pozorovaní tohto systému vedci tvrdia, že ak piata sila existuje, jej účinok musí byť len 1 % gravitačnej sily. A ako vieme, gravitácia je najslabšia zo všetkých štyroch známych interakcií. Tieto výsledky boli publikované v známom vedeckom časopise Physical Review Letters.

Prelom prinesú nové teleskopy

Vedci tiež objavili, že limity na hustotu tmavej hmoty pri pozorovaní tohto binárneho systému s pulzarom boli podobné ako pri iných testoch na objektoch bližšie k Zemi. Inými slovami, vedecký tím nedokázal, ani nevylúčil, že by iné pozorovania poukazovali na zvyšovanie hustoty tmavej hmoty smerom k centru Galaxie. Shao dúfa, že jeho tím bude môcť študovať viac binárnych pulzarov bližšie k centru Galaxie, aby lepšie pochopili efekty tmavej hmoty. Na rozdiel od väčšiny testov všeobecnej teórie relativity v tomto prípade chcú vedci nájsť pulzary s relatívne veľkými dráhami, a teda dlhými periódami obehu okolo ťažiska s druhou zložkou. Výzvou je, samozrejme, už len nájdenie takýchto pulzarov. Veria, že prelom príde, keď sa niekedy po roku 2020 uvedie do prevádzky citlivejší rádioteleskop s názvom Square Kilometer Array.

RNDr. Zdeněk Komárek
Ilustrácia wikipédia

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 09/2018.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Komentáre