Учените търсят петата сила на природата и квантовата гравитация може да е ключът

В продължение на десетилетия физиците се опитват да отговорят на един от най-дълбоките въпроси в съвременната наука: дали съществува пета фундаментална сила на природата. Днес познаваме четири такива сили – гравитация, електромагнетизъм, силно ядрено взаимодействие и слабо ядрено взаимодействие. Те обаче не успяват да обяснят редица мистериозни явления във Вселената, включително тъмната материя и тъмната енергия.

Търсенето на нова, пета сила продължава паралелно с друго голямо предизвикателство във физиката – създаването на теория на квантовата гравитация. Тя трябва да обедини две фундаментални картини на света: общата теория на относителността на Айнщайн, която описва космоса в големи мащаби, и квантовата механика, която обяснява поведението на частиците на най-малки нива. Въпреки многобройните експериментални потвърждения и на двете теории, те все още не се обединяват в единна система.

Ново проучване предполага, че тези два научни проблема може да са по-тясно свързани, отколкото се смяташе досега. Учените са създали теоретичен модел в рамките на подход, известен като „асимптотична безопасност“, който описва поведението на гравитацията дори при ултрависоки енергии. В рамките на този модел силата на гравитационното взаимодействие се стабилизира, което избягва математически несъответствия.

Интересното тук е, че същата теория предоставя косвени улики за евентуалното съществуване на нова сила в природата. По-специално, тя ни позволява да ограничим характеристиките на хипотетично пето взаимодействие, което би могло да се прояви като леко отклонение от закона за всемирното привличане на Нютон на много малки разстояния. Такава сила се описва с два параметъра – нейната интензивност и нейния радиус на действие.

Изследователите са установили, че определени стойности на тези параметри вече могат да бъдат изключени въз основа на самата теория на квантовата гравитация. Важно е да се отбележи, че част от този „забранен“ диапазон все още не е експериментално потвърдена, което открива възможности за бъдещи изследвания.

Според физиците това създава уникална ситуация: теорията не само предсказва нови явления, но и посочва къде да ги търсим. Бъдещи високопрецизни експерименти, включително атомна интерферометрия, квантови сензори или наблюдения на движението на небесните тела, биха могли или да потвърдят, или да опровергаят тези идеи.

Това по същество променя подхода към откриването на нова физика. Вместо първо да изобретяват нова сила и след това да я търсят в експерименти, учените вече могат да използват теоретични ограничения, за да стеснят обхвата на възможните варианти.

Както отбелязват авторите на изследването, това показва, че квантовата гравитация може да има измерими последици дори в мащабите, с които сме запознати – от лабораторни експерименти до движението на планетите в Слънчевата система.

Работата, публикувана в списание Physical Review Letters, открива нова посока във физиката, където микроскопичните закони на квантовия свят могат да оставят следи в макроскопичната Вселена. И въпреки че петата сила на природата все още остава хипотеза, науката вече има по-ясни насоки за нейното търсене.