पांचवां बल

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भौतिकी में, चार देखे गए मौलिक अंतःक्रिया एस (मौलिक बलों के रूप में भी जाना जाता है) जो प्रकृति में सभी ज्ञात अंतःक्रियाओं का आधार बनते हैं: गुरुत्वाकर्षण , विद्युत चुम्बकीय , मजबूत परमाणु , और कमजोर परमाणु बल। कुछ सट्टा सिद्धांतों ने विभिन्न विषम टिप्पणियों की व्याख्या करने के लिए पांचवां बल प्रस्तावित किया है जो मौजूदा सिद्धांतों के अनुकूल नहीं हैं। इस पांचवें बल की विशेषताएं परिकल्पना के उन्नत होने पर निर्भर करती हैं। कई लोग मोटे तौर पर गुरुत्वाकर्षण की ताकत (यानी, यह विद्युत चुंबकत्व या परमाणु बल ) की तुलना में एक मिलीमीटर से भी कम ब्रह्मांडीय तराजू तक की सीमा के साथ बहुत कमजोर है। 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, जो वर्तमान सिद्धांतों द्वारा समझाया नहीं गया है। यह पता चला है कि ब्रह्मांड के अधिकांश द्रव्यमान का हिसाब  डार्क मैटर  नामक पदार्थ के अज्ञात रूप से 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 किसी अज्ञात मौलिक शक्ति 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    क्विंटेसेंस  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 भी इसी तरह 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 (Fischbach et al.) द्वारा की गई थी।[5] जो परिणामों का लोरैंड इओटवोस का पुनर्विश्लेषण कर रहे थे। माना जाता है 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 करने 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 ब्रान्स-डिक सिद्धांत , पाँचवें स्थान पर विचार करते हैं {{nowrap|force —} संभवतः अनंत सीमा वाला एक। इसका कारण यह है कि सामान्य सापेक्षता के अलावा अन्य सिद्धांतों में गुरुत्वाकर्षण बातचीत में डिग्री स्वतंत्रता मीट्रिक के अलावा है, जो अंतरिक्ष के वक्रता को निर्देशित करती है, और विभिन्न प्रकार स्वतंत्रता की डिग्री अलग-अलग प्रभाव पैदा करती है। उदाहरण के लिए, एक अदिश क्षेत्र स्टारलाइट के प्रकाश किरणों का झुकना ।

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 के साथ किया गया है][7] और वेरी-लॉन्ग-बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री ।

अतिरिक्त आयाम

एक अन्य प्रकार की पांचवीं शक्ति, जो कलुजा-क्लेन सिद्धांत में उत्पन्न होती है, जहां ब्रह्मांड में अतिरिक्त आयाम हैं, या सुपरग्रेविटी या स्ट्रिंग सिद्धांत में युकावा बल है, जो एक द्वारा प्रेषित होता है। प्रकाश अदिश क्षेत्र (अर्थात एक लंबा कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य के साथ एक अदिश क्षेत्र, जो सीमा निर्धारित करता है)। इसने सुपरसिमेट्रिक बड़े अतिरिक्त के सिद्धांत के रूप में हाल ही में बहुत रुचि पैदा की है {{nowrap|dimensions —} आकार के साथ आयाम a . से थोड़ा कम {{nowrap|millimeter —} 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 व्युत्क्रम-वर्ग नियम गुरुत्वाकर्षण से विचलन की खोज करते हैं[8] अनिवार्य रूप से, वे संकेतों की तलाश कर रहे हैं कि युकावा बातचीत एक निश्चित लंबाई में शुरू हो रही है।

ऑस्ट्रेलियाई शोधकर्ताओं ने गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक को एक खदान शाफ्ट में 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, यूएसएस डॉल्फ़िन (एजीएसएस-555) पर गहरे जलमग्न रहते हुए किए गए हैं। ग्रीनलैंड की बर्फ की चादर में एक गहरे बोरहोल में गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक को मापने के 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-इलेक्ट्रॉन एस 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 आकाशगंगाओं में एक हजार सेफिड चर सितारों की धड़कन की दर पर मौजूदा डेटा की जांच की। 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 मीनार का इस्तेमाल किया गया जो कि 320 m ऊँचा[13] एप्रैम फिशबैक और कैरिक तल्माडगे द्वारा 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 पांचवीं शक्ति 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 बैलेंस प्रयोगों द्वारा बहुत संवेदनशील रूप से परखा जा सकता है। इस तरह की ताकतें निर्भर हो सकती हैं, उदाहरण के लिए, एक परमाणु नाभिक, परमाणु स्पिन में प्रोटॉन एस से न्यूट्रॉन एस के अनुपात पर[16] या एक नाभिक में विभिन्न प्रकार की बाध्यकारी ऊर्जा की सापेक्ष मात्रा ( अर्ध-अनुभवजन्य द्रव्यमान सूत्र देखें)। आकाशगंगा के केंद्र में पृथ्वी , सूर्य, और डार्क मैटर के पैमाने तक, बहुत छोटी श्रेणियों से, नगरपालिका के पैमाने पर खोज की गई है।

नए कणों का दावा

Main article: X17 particle

2015 में, एटीओएमकेआई पर अत्तिला क्रास्ज़नाहोर्के, डेब्रेसेन , हंगरी में हंगेरियन एकेडमी ऑफ साइंसेज इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियर रिसर्च, और उनके सहयोगियों ने के अस्तित्व को एक नया, हल्का बोसोन इलेक्ट्रॉन से केवल 34 गुना भारी बताया। (17 एमईवी)[17] डार्क फोटॉन को खोजने के प्रयास में, हंगेरियन टीम ने लिथियम-7 के पतले लक्ष्य पर प्रोटॉन दागे, जिससे अस्थिर बेरिलियम-8 नाभिक बने जो तब क्षय हो गए और इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के जोड़े बाहर निकल गए। के बीच 140° के शुरुआती कोण पर अतिरिक्त क्षय देखा गया e+ और e−, और 17 MeV की एक संयुक्त ऊर्जा, 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 किसी स्पष्टीकरण के कि नकली संकेतों का कारण क्या था। समूह पर चेरी-पिकिंग परिणामों का भी आरोप लगाया गया है जो अशक्त परिणाम एस को त्यागते हुए नए कणों का समर्थन करते हैं।[18][19]

नवंबर 2019 में, Krasznahorkay ने घोषणा की कि उन्होंने और ATOMKI में उनकी टीम ने स्थिर हीलियम परमाणुओं के क्षय में उसी 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] प्रस्तावित किया गया है कि एक प्रोटोफोबिक (यानी प्रोटॉन-अनदेखा) एक्स-बोसोन 16.7 MeV के द्रव्यमान के साथ न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों के सापेक्ष प्रोटॉन को दबाने वाले युग्मन के साथ और फेमटोमीटर रेंज डेटा की व्याख्या कर सकता है[22] बल [[विषम चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण की व्याख्या कर सकता है#मुओन | म्यूऑन g − 2 विसंगति ]] और एक डार्क मैटर उम्मीदवार प्रदान करें। इन परिणामों को मान्य या खंडित करने का प्रयास करने के लिए कई शोध प्रयोग चल रहे हैं[17][21]

संशोधित गुरुत्वाकर्षण

इसे 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[23]Cite error: Closing </ref> missing for <ref> tag

See also

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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. wetterich/DEBarcelona0706.pdf "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. S2CID 118461474.
  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. - पांचवें बल की खोज करने वाला प्रमुख समूह
  7. ↑ "Lunar laser ranging". Archived from the original on 28 November 2016. Retrieved 7 May 2005.
  8. ↑ "Satellite Energy Exchange (SEE)". Archived from the original on 7 May 2005. Retrieved 7 May 2005., जो अंतरिक्ष में पांचवें बल के परीक्षण के लिए तैयार है, जहां अधिक संवेदनशीलता प्राप्त करना संभव है
  9. ↑ Ander, Mark E.; et al. (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.
  10. ↑ Zumberge, Mark A.; et al. (1990). "The Greenland Gravitational Constant Experiment". Journal of Geophysical Research (Submitted manuscript). 95 (B10): 15483. Bibcode:1990JGR....9515483Z. doi:10.1029/JB095iB10p15483.
  11. ↑ Aron, Jacob (2013). "Earth's mantle helps hunt for fifth force of nature". New Scientist.
  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. S2CID 119260435. 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. S2CID 21255315.
  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. S2CID 119113836.
  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. ↑ 17.0 17.1 Cartlidge, Edwin (2016). "Has a Hungarian physics lab found a fifth force of nature?". Nature. doi:10.1038/nature.2016.19957. S2CID 124347962.
  18. ↑ Wolchover, Natalie (7 June 2016). "Evidence of a 'fifth force' faces scrutiny - a lab in Hungary has reported an anomaly that could lead to a physics revolution. But even as excitement builds, closer scrutiny has unearthed a troubling backstory". Quanta Magazine. Retrieved 20 November 2019.
  19. ↑ Siegel, Ethan (26 November 2019). "This is why the 'X17' particle and a new, fifth force probably don't exist". Forbes. Retrieved 28 November 2019.
  20. ↑ "Scientists may have discovered fifth force of nature, laboratory announces". The Independent. London, UK. Retrieved 26 November 2019.
  21. ↑ 21.0 21.1 {{cite journal |last1=Feng |first1=Jonathan L. |display-authors=etal |year=2016 |title=Protophobic fifth force interpretation of the observed anomaly in 8परमाणु संक्रमण बनें | जर्नल = भौतिक समीक्षा पत्र | मात्रा = 117 | अंक = 7 | पृष्ठ = 071803 | arxiv = 1604.07411 | doi=10.1103/PhysRevLet.117.071803 | pmid=27563952 | bibcode=2016PhRvL.117g1803F | s2cid=206279817 | url=https://zenodo.org/record/1059042}
  22. ↑ "New boson claim faces scrutiny". Quanta Magazine. Retrieved 24 November 2019.
  23. ↑ <ref name="arXiv: 1305.3034{{cite journal |last=Jaccard |first=Maggiore |year=2013 |title=A non-local theory of massive gravity |journal=Physical Review D |volume=88 |issue=4 |pages=044033 |arxiv=1305.3034 |doi=10.1103/PhysRevD.88.044033 |bibcode=2013PhRvD..88d4033J |citeseerx=10.1.1.742.8873 |s2cid=118416243}}
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