Відхилення в ізотопах кальцію вказують на можливу п'яту фундаментальну силу

Гравітація, одна з чотирьох визнаних фундаментальних взаємодій, забезпечує утримання об'єктів на поверхні Землі. Однак сучасна фізика, зокрема Стандартна модель, залишається неповною, нездатною пояснити такі явища, як темна матерія, що становить приблизно 85% маси Всесвіту. Це створює стимул для пошуку додаткових, раніше невідомих взаємодій, серед яких активно досліджується гіпотетична п'ята сила природи.

Професор Емеріт Жозе-Філіп Перес з Університету Поля Сабатьє в Тулузі та дослідник IRAP-CNRS раніше висловлював міркування щодо цієї загадкової сили. Ідея додаткової взаємодії не є новою; ще у 1986 році Ефраїм Фішбах та його колеги фіксували натяки на відхилення від закону всесвітнього тяжіння за допомогою торсійних ваг. Міжнародна співпраця, результати якої були представлені у виданні Physical Review Letters у 2025 році, надала потенційно вагомі докази на користь існування цієї п'ятої сили.

Дослідження зосередилося на аналізі атомних переходів у п'яти стабільних ізотопах кальцію: Ca-40, Ca-42, Ca-44, Ca-46 та Ca-48, чия кількість нейтронів варіюється від 20 до 28. Ці переходи чутливі до структури атомного ядра. Згідно з передбаченнями Стандартної моделі, залежність зсуву переходу між цими ізотопами, якщо її нанести на діаграму, відому як «Діаграма Кінга», має демонструвати чітку лінійну залежність.

Експериментально виміряні зсуви показали незначне, але помітне нелінійне відхилення від цієї очікуваної прямої. Хоча це відхилення може бути пояснене неврахованими відомими ефектами, фізики розглядають його як першу ознаку слабкої додаткової сили, що діє між електронами та нейтронами. Гіпотетична взаємодія, якщо вона існує, мала б переноситися певною бозонною частинкою, умовно званою частинкою Юкави. Публікація 2025 року встановила найсуворіші на сьогодні обмеження щодо можливої маси цієї частинки-носія, визначивши її діапазон приблизно від 10 до 10 мільйонів електрон-вольт (еВ/c²).

Дослідження, що включало науковців з Німеччини, Швейцарії та Австралії, також продемонструвало, що якщо зв'язок скалярних частинок із нуклонами був би занадто сильним, нейтронні зорі мали б охолоджуватися значно швидше, ніж це спостерігається. На початку 2026 року міжнародна команда продовжує уточнення пошуків, вимірюючи третій енергетичний перехід у тих самих ізотопах кальцію. Мета полягає у побудові тривимірної версії «Діаграми Кінга», що дозволить або підтвердити, або спростувати ці ознаки нової фізики. Подальші високоточні спектроскопічні вимірювання є критично важливими для розрізнення між неврахованими ядерними ефектами та проявом нової фундаментальної взаємодії.