पांचवां बल

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भौतिकी में, चार देखी गई मौलिक बातचीत (मौलिक बलों के रूप में भी जाना जाता है) जो प्रकृति में सभी ज्ञात अंतःक्रियाओं का आधार बनती हैं: गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय, मजबूत परमाणु, और कमजोर परमाणु बल। कुछ सट्टा सिद्धांतों ने विभिन्न विषम टिप्पणियों की व्याख्या करने के लिए पांचवीं शक्ति का प्रस्ताव दिया है जो मौजूदा सिद्धांतों में फिट नहीं होती हैं। इस पांचवें बल की विशेषताएं परिकल्पना के उन्नत होने पर निर्भर करती हैं। कई एक बल को मोटे तौर पर गुरुत्वाकर्षण की ताकत ( यानी, यह विद्युत चुंबकत्व या परमाणु बलों की तुलना में बहुत कमजोर है) को एक मिलीमीटर से कम से कम ब्रह्माण्ड संबंधी तराजू तक कहीं भी मानते हैं। एक अन्य प्रस्ताव W′ और Z′ बोसॉन द्वारा मध्यस्थता वाला एक नया कमजोर बल है। 

ब्रह्मांड विज्ञान में दो खोजों के कारण हाल के दशकों में पांचवें बल की खोज में वृद्धि हुई है, जिसे वर्तमान सिद्धांतों द्वारा समझाया नहीं गया है। यह पता चला है कि ब्रह्मांड के अधिकांश द्रव्यमान का हिसाब पदार्थ के एक अज्ञात रूप से है जिसे डार्क मैटर कहा जाता है। अधिकांश भौतिकविदों का मानना है कि डार्क मैटर में नए, अनदेखे उप-परमाणु कण होते हैं, [1] लेकिन कुछ का मानना है कि यह एक अज्ञात मौलिक बल से संबंधित हो सकता है। दूसरा, यह भी हाल ही में पता चला है कि ब्रह्मांड का विस्तार तेज हो रहा है, जिसका श्रेय डार्क एनर्जी नामक ऊर्जा के एक रूप को दिया गया है। कुछ भौतिकविदों का अनुमान है कि सर्वोत्कृष्टता नामक डार्क एनर्जी का एक रूप पांचवीं शक्ति हो सकता है। [2] [3] [4]

प्रायोगिक दृष्टिकोण

एक नई मौलिक शक्ति का परीक्षण करना मुश्किल हो सकता है। उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण इतना कमजोर बल है कि दो वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण संपर्क केवल तभी महत्वपूर्ण होता है जब उनमें से कम से कम एक का द्रव्यमान अधिक हो। इसलिए, पृथ्वी की तुलना में छोटी वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण की बातचीत को मापने के लिए बहुत संवेदनशील उपकरण लगते हैं। एक नया (या "पांचवां") मौलिक बल समान रूप से कमजोर हो सकता है और इसलिए इसका पता लगाना मुश्किल हो सकता है। फिर भी, 1980 के दशक के अंत में, नगरपालिका के पैमाने (यानी लगभग 100 मीटर की सीमा के साथ) पर काम कर रहे एक पांचवें बल की रिपोर्ट शोधकर्ताओं (फिशबैक एट अल। ) [5] द्वारा की गई थी, जो सदी में पहले से लोरैंड इओटवोस के परिणामों का पुन: विश्लेषण कर रहे थे। . माना जाता था कि बल को हाइपरचार्ज से जोड़ा गया था। कई वर्षों में, अन्य प्रयोग इस परिणाम की नकल करने में विफल रहे हैं। [6]

कम से कम तीन प्रकार की खोजें की जा सकती हैं, जो इस बात पर निर्भर करती हैं कि किस प्रकार के बल पर विचार किया जा रहा है, और इसकी सीमा।

तुल्यता सिद्धांत

पांचवें बल की खोज का एक तरीका मजबूत तुल्यता सिद्धांत के परीक्षण के साथ है, जो सामान्य सापेक्षता के सबसे शक्तिशाली परीक्षणों में से एक है, जिसे आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत के रूप में भी जाना जाता है। गुरुत्वाकर्षण के वैकल्पिक सिद्धांत, जैसे कि ब्रैंस-डिक सिद्धांत, एक पांचवें का अनुमान लगाते हैं संभवतः अनंत सीमा वाला एक। ऐसा इसलिए है क्योंकि सामान्य सापेक्षता के अलावा अन्य सिद्धांतों में गुरुत्वाकर्षण बातचीत में "मीट्रिक" के अलावा अन्य स्वतंत्रता की डिग्री होती है, जो अंतरिक्ष की वक्रता को निर्धारित करती है, और विभिन्न प्रकार की स्वतंत्रता अलग-अलग प्रभाव उत्पन्न करती है। उदाहरण के लिए, एक अदिश क्षेत्र प्रकाश किरणों के झुकने का उत्पादन नहीं कर सकता है।

पांचवां बल सौर मंडल की कक्षाओं पर प्रभाव के रूप में प्रकट होगा, जिसे नॉर्डवेट प्रभाव कहा जाता है। इसका परीक्षण लूनर लेजर रेंजिंग प्रयोग [7] और बहुत लंबी बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री के साथ किया जाता है।

अतिरिक्त आयाम

एक अन्य प्रकार का पांचवां बल, जो कलुजा-क्लेन सिद्धांत में उत्पन्न होता है, जहां ब्रह्मांड के अतिरिक्त आयाम हैं, या सुपरग्रेविटी या स्ट्रिंग सिद्धांत में युकावा बल है, जो एक हल्के स्केलर क्षेत्र (यानी एक लंबे कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य के साथ एक स्केलर क्षेत्र) द्वारा प्रेषित होता है।, जो सीमा निर्धारित करता है)। इसने सुपरसिमेट्रिक बड़े अतिरिक्त के सिद्धांत के रूप में हाल ही में बहुत रुचि पैदा की है एक से थोड़ा कम आकार वाले आयामने इन बहुत छोटे पैमानों पर गुरुत्वाकर्षण का परीक्षण करने के लिए एक प्रायोगिक प्रयास को प्रेरित किया है। इसके लिए अत्यंत संवेदनशील प्रयोगों की आवश्यकता होती है जो दूरी की एक सीमा पर गुरुत्वाकर्षण के व्युत्क्रम-वर्ग नियम से विचलन की खोज करते हैं। [8] अनिवार्य रूप से, वे ऐसे संकेतों की तलाश कर रहे हैं कि युकावा बातचीत एक निश्चित लंबाई में शुरू हो रही है।

ऑस्ट्रेलियाई शोधकर्ताओं ने एक खदान शाफ्ट में गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक को गहराई से मापने का प्रयास करते हुए, अनुमानित और मापा मूल्य के बीच एक विसंगति पाई, जिसमें मापा मूल्य दो प्रतिशत बहुत छोटा था। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि परिणामों को कुछ सेंटीमीटर से एक किलोमीटर तक की सीमा के साथ एक प्रतिकूल पांचवें बल द्वारा समझाया जा सकता है। इसी तरह के प्रयोग एक पनडुब्बी, पर गहरे जलमग्न होने पर भी किए गए हैं। ग्रीनलैंड की बर्फ की चादर में एक गहरे बोरहोल में गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक को मापने वाले एक और प्रयोग में कुछ प्रतिशत की विसंगतियां पाई गईं, लेकिन देखे गए संकेत के लिए भूवैज्ञानिक स्रोत को खत्म करना संभव नहीं था। [9] [10]

पृथ्वी का मेंटल

एक अन्य प्रयोग भू- इलेक्ट्रॉनों पर ध्यान केंद्रित करते हुए, एक विशाल कण डिटेक्टर के रूप में पृथ्वी के मेंटल का उपयोग करता है। [11]

सेफिड चर

जैन एट अल। (2012) [12] 25 में एक हजार से अधिक सेफिड चर सितारों की धड़कन की दर पर मौजूदा डेटा की जांच की आकाशगंगाएँ सिद्धांत से पता चलता है कि पड़ोसी समूहों द्वारा एक काल्पनिक पांचवें बल से जांच की गई आकाशगंगाओं में सेफिड स्पंदन की दर, सेफिड्स से एक अलग पैटर्न का पालन करेगी जो कि जांच नहीं की जाती है। वे आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत से कोई भिन्नता नहीं खोज पाए।

अन्य दृष्टिकोण

कुछ प्रयोगों में एक झील और एक टावर का इस्तेमाल किया गया जो 320 . है320 ऊँचा। [13] एप्रैम फिशबैक और कैरिक तल्माडगे की एक व्यापक समीक्षा ने सुझाव दिया कि पांचवें बल के लिए कोई सम्मोहक सबूत नहीं है, [14] हालांकि वैज्ञानिक अभी भी इसकी खोज कर रहे हैं। Fischbach-Talmadge लेख 1992 में लिखा गया था, और तब से, अन्य सबूत सामने आए हैं जो पांचवें बल का संकेत दे सकते हैं। [15]

उपरोक्त प्रयोग एक पांचवें बल की खोज करते हैं, जो गुरुत्वाकर्षण की तरह, किसी वस्तु की संरचना से स्वतंत्र होता है, इसलिए सभी वस्तुएं अपने द्रव्यमान के अनुपात में बल का अनुभव करती हैं। बल जो किसी वस्तु की संरचना पर निर्भर करते हैं, उन्हें लोरंड इओटवोस द्वारा आविष्कार किए गए एक प्रकार के टॉर्सियन संतुलन प्रयोगों द्वारा बहुत संवेदनशील रूप से परीक्षण किया जा सकता है। ऐसे बल, उदाहरण के लिए, एक परमाणु नाभिक में प्रोटॉन के न्यूट्रॉन के अनुपात पर, परमाणु स्पिन, [16] या नाभिक में विभिन्न प्रकार की बाध्यकारी ऊर्जा की सापेक्ष मात्रा पर निर्भर हो सकते हैं ( अर्ध-अनुभवजन्य द्रव्यमान सूत्र देखें)। आकाशगंगा के केंद्र में पृथ्वी, सूर्य और डार्क मैटर के पैमाने तक, बहुत ही कम रेंज से, नगरपालिका के पैमाने पर खोज की गई है।

नए कणों का दावा

2015 में, एटीओएमकेआई, हंगरी के डेब्रेसेन में हंगेरियन एकेडमी ऑफ साइंसेज के इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियर रिसर्च में अत्तिला क्रास्ज़नाहोर्के और उनके सहयोगियों ने एक नए, हल्के बोसॉन के अस्तित्व को केवल 34 माना इलेक्ट्रॉन से कई गुना भारी (17 .) एमईवी)। [17] एक अंधेरे फोटॉन को खोजने के प्रयास में, हंगेरियन टीम ने लिथियम -7 के पतले लक्ष्य पर प्रोटॉन निकाल दिए, जिसने अस्थिर बेरिलियम -8 नाभिक बनाया जो तब क्षय हो गया और इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के जोड़े बाहर निकल गए। e + और e − के बीच 140 डिग्री के शुरुआती कोण पर अतिरिक्त क्षय देखा गया, और 17 की संयुक्त ऊर्जा MeV, जिसने संकेत दिया कि बेरिलियम-8 का एक छोटा अंश एक नए कण के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा बहाएगा।

ATOMKI समूह ने पहले 2016 में कई अन्य नए कणों को खोजने का दावा किया था, लेकिन बाद में इन दावों को छोड़ दिया, बिना इस स्पष्टीकरण के कि नकली संकेतों का कारण क्या था। समूह पर चेरी-पिकिंग परिणामों का भी आरोप लगाया गया है जो अशक्त परिणामों को त्यागते हुए नए कणों का समर्थन करते हैं। [18] [19]

नवंबर में 2019 में, Krasznahorkay ने घोषणा की कि उन्होंने और ATOMKI में उनकी टीम ने स्थिर हीलियम परमाणुओं के क्षय में उन्हीं विसंगतियों को सफलतापूर्वक देखा था जैसा कि बेरिलियम -8 में देखा गया था, जिससे X17 कण के अस्तित्व के मामले को मजबूत किया गया। [20]

फेंग एट अल । (2016) [21] ने प्रस्तावित किया कि 16.7 के द्रव्यमान के साथ एक प्रोटोफोबिक (यानी "प्रोटॉन-अनदेखा") एक्स-बोसोन न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों के सापेक्ष प्रोटॉन को दबाने वाले कपलिंग के साथ MeV और फीमेटोमीटर रेंज डेटा की व्याख्या कर सकता है। [22] बल [[:hi:विषम चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण|म्यूऑन g − 2 विसंगति]] की व्याख्या कर सकता है और एक डार्क मैटर उम्मीदवार प्रदान कर सकता है। इन परिणामों को मान्य या खंडन करने के प्रयास में कई शोध प्रयोग चल रहे हैं। [23] [21]

संशोधित गुरुत्वाकर्षण

गैर-स्थानीय गुरुत्वाकर्षण के रूप में भी जाना जाता है। कुछ भौतिकविदों का मानना है कि आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत को संशोधित करना होगा - छोटे पैमाने पर नहीं, बल्कि बड़ी दूरी पर, या समकक्ष, छोटे त्वरण पर। [24] [25] [26] यह गुरुत्वाकर्षण को गैर-स्थानीय बल में बदल देगा।  वे बताते हैं कि कण भौतिकी के मानक मॉडल द्वारा डार्क मैटर और डार्क एनर्जी को अस्पष्टीकृत किया गया है और सुझाव है कि गुरुत्वाकर्षण का कुछ संशोधन आवश्यक है, संभवतः संशोधित न्यूटनियन गतिकी या होलोग्राफिक सिद्धांत से उत्पन्न होता है। यह मूल रूप से पांचवें बल के पारंपरिक विचारों से अलग है, क्योंकि यह लंबी दूरी पर गुरुत्वाकर्षण के सापेक्ष मजबूत होता है। अधिकांश भौतिक विज्ञानी,  हालांकि, लगता है कि डार्क मैटर और डार्क एनर्जी तदर्थ नहीं हैं, लेकिन बड़ी संख्या में पूरक टिप्पणियों द्वारा समर्थित हैं और एक बहुत ही सरल मॉडल द्वारा वर्णित हैं।

अप्रैल 2021 में, एक फ़र्मिलाब समूह ने "अनदेखे उप-परमाणु कण या नए बल के अस्तित्व के लिए मजबूत सबूत" की सूचना दी, जो म्यूऑन के साथ बातचीत करता है, जब म्यूऑन जी -2 का माप भविष्यवाणी से विचलित हो जाता है। [27]

यह सभी देखें

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}

  1. ↑ Chown, Marcus (17 August 2011). "Really dark matter: Is the universe made of holes?". New Scientist. Pretty much everyone thinks that this so-called dark matter is made of hitherto undiscovered subatomic particles.
  2. ↑ Wetterich, C. "Quintessence – a fifth force from variation of the fundamental scale" (PDF). Heidelberg University.
  3. ↑ "[no title cited]" (PDF). CERN.
  4. ↑ Cicoli, Michele; Pedro, Francisco G.; Tasinato, Gianmassimo (2012). "Natural quintessence in string theory". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2012 (7): 044. arXiv:1203.6655. Bibcode:2012JCAP...07..044C. doi:10.1088/1475-7516/2012/07/044.
  5. ↑ Fischbach, Ephraim; Sudarsky, Daniel; Szafer, Aaron; Talmadge, Carrick; Aronson, S.H. (6 January 1986). "Reanalysis of the Eötvös experiment". Physical Review Letters. 56 (1): 3–6. Bibcode:1986PhRvL..56....3F. doi:10.1103/PhysRevLett.56.3. PMID 10032514.
  6. ↑ "Eöt-Wash group". University of Washington. – the leading group searching for a fifth force.
  7. ↑ "Lunar laser ranging". Archived from the original on 2016-11-28. Retrieved 2005-05-07.
  8. ↑ "Satellite Energy Exchange (SEE)". Archived from the original on 2005-05-07. Retrieved 2005-05-07., which is set to test for a fifth force in space, where it is possible to achieve greater sensitivity.
  9. ↑ Ander, Mark E. (27 February 1989). "Test of Newton's inverse-square law in the Greenland ice cap". Physical Review Letters. 62 (9): 985–988. Bibcode:1989PhRvL..62..985A. doi:10.1103/PhysRevLett.62.985. PMID 10040395. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  10. ↑ Zumberge, Mark A. (1990). "The Greenland Gravitational Constant Experiment". Journal of Geophysical Research (Submitted manuscript). 95 (B10): 15483. Bibcode:1990JGR....9515483Z. doi:10.1029/JB095iB10p15483. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  11. ↑ {{cite magazine}}: Empty citation (help)
  12. ↑ Jain, Bhuvnesh; Vikram, Vinu; Sakstein, Jeremy (25 November 2013). "Astrophysical tests of modified gravity: Constraints from distance indicators in the nearby universe". The Astrophysical Journal. 779 (1): 39. arXiv:1204.6044. Bibcode:2013ApJ...779...39J. doi:10.1088/0004-637X/779/1/39. 39.
  13. ↑ Liu, Yi-Cheng; Yang, Xin-She; Zhu, Heng-Bin; Zhou, Wen-Hu; Wang, Qian-Shen; Zhao, Zhi-Qiang; Jiang, Wei-Wei; Wu, Chuan-Zhen (September 1992). "Testing non-Newtonian gravitation on a 320 m tower". Physics Letters A. 169 (3): 131–133. Bibcode:1992PhLA..169..131L. doi:10.1016/0375-9601(92)90582-7.
  14. ↑ Fischbach, Ephraim; Talmadge, Carrick (19 March 1992). "Six years of the fifth force". Nature. 356 (6366): 207–215. Bibcode:1992Natur.356..207F. doi:10.1038/356207a0.
  15. ↑ Jenkins, Jere H.; Fischbach, Ephraim; Buncher, John B.; Gruenwald, John T.; Krause, Dennis E.; Mattes, Joshua J. (August 2009). "Evidence of correlations between nuclear decay rates and Earth–Sun distance". Astroparticle Physics. 32 (1): 42–46. arXiv:0808.3283. Bibcode:2009APh....32...42J. doi:10.1016/j.astropartphys.2009.05.004.
  16. ↑ Hall, A.M.; Armbruster, H.; Fischbach, E.; Talmadge, C. (1991). "Is the Eötvös experiment sensitive to spin?". In Hwang, W.-Y. Pauchy; et al. (eds.). Progress in High Energy Physics. New York: Elsevier. pp. 325–339.
  17. ↑ Cartlidge, Edwin (2016). "Has a Hungarian physics lab found a fifth force of nature?". Nature. doi:10.1038/nature.2016.19957.
  18. ↑ {{cite magazine}}: Empty citation (help)
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  20. ↑ "Scientists may have discovered fifth force of nature, laboratory announces". The Independent. London, UK. Retrieved 2019-11-26.
  21. ↑ 21.0 21.1 Feng, Jonathan L. (2016). "Protophobic fifth force interpretation of the observed anomaly in 8Be nuclear transitions". Physical Review Letters. 117 (7): 071803. arXiv:1604.07411. Bibcode:2016PhRvL.117g1803F. doi:10.1103/PhysRevLett.117.071803. PMID 27563952. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  22. ↑ {{cite magazine}}: Empty citation (help)
  23. ↑ Cartlidge, Edwin (2016). "Has a Hungarian physics lab found a fifth force of nature?". Nature. doi:10.1038/nature.2016.19957.
  24. ↑ Dodelson, S.; Park, S. (2014). "Nonlocal gravity and structure in the universe". Physical Review D. 90 (4): 043535. arXiv:1310.4329. Bibcode:2014PhRvD..90d3535D. doi:10.1103/PhysRevD.90.043535.
  25. ↑ Jaccard, Maggiore (2013). "A non-local theory of massive gravity". Physical Review D. 88 (4): 044033. arXiv:1305.3034. Bibcode:2013PhRvD..88d4033J. CiteSeerX 10.1.1.742.8873. doi:10.1103/PhysRevD.88.044033.
  26. ↑ Mashhoon, Bahram. "Nonlocal gravity". arXiv:1101.3752 [gr-qc].
  27. ↑ "Muons: 'Strong' evidence found for a new force of nature". BBC News. UK. Retrieved 2021-04-07.
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