ポジトロニウム (反物質のパートナーである陽電子に結合した電子からなるエキゾチックな原子) の特性は、理論的な予測とは大きく異なると、物理学者のチームが報告しています。その違いは、物理学者の基本的な力と粒子の標準モデルを超えた新しい粒子または現象の兆候である可能性があります。このような結果は、通常、熱狂的なプレスリリースを伴います。しかし、研究者はプレス リリースを発行しなかっただけでなく、彼らの論文は新しい物理学について言及していません。
「とてもわくわくします」と、ポジトロニウムに取り組んでいるフランクリン &マーシャル カレッジの理論家である Gregory Adkins は言います。 「矛盾を見つけることは、これが追求する興味深いシステムであることを意味します。」
しかし、物理学には、時には目を見張るような失敗をもたらす興味をそそる主張が散らばっています。陽子のサイズの不一致。インフレと呼ばれる宇宙の急成長の兆候。また、ニュートリノと呼ばれる粒子が光よりも速く移動するという証拠もあり、最終的には電気ケーブルの緩みにたどり着いた実験的アーティファクトです。そのため、新しいポジトロニウムの研究を率いたユニバーシティ カレッジ ロンドンの物理学者である David Cassidy は、測定結果が正しいと主張しているだけです。 「私たちが正しくないことをしたのは、ばかげた超光速ニュートリノのことではないと確信しています。」
ポジトロニウム原子には核物質が含まれていないため、物理学者は弱い核力と強い核力の複雑さを心配することなく研究できます。この核力は原子の特性を微妙ではあるが重要な方法で変化させる可能性があります。ポジトロニウムの特性を予測するために、物理学者は電気力と磁気力の比較的単純な量子理論、または量子電気力学 (QED) のみを使用する必要があります。これはおそらく物理学で最も正確で最もよくテストされた理論です。そのため、ポジトロニウムは新しい物理学を探すための理想的なツールであるとキャシディは言います。
通常の原子と同じように、ポジトロニウム原子は、その中の電子と陽電子が異なる量子状態から別の量子状態にジャンプするときに、特定の周波数でのみ光やその他の電磁放射を吸収および放出できます。理論家は、QED を使用してこれらの波長を正確に計算することができ、それらの予測と実験的に測定された周波数との間の不一致は、新しい物理学のシグナルとなる可能性があります。
これらの比較を行うことは、言うは易く行うは難しです。理論家は、信じられないほど要求の厳しい計算を改善するために何年にもわたって努力しています。また、ポジトロニウム原子は自然界には存在しないため、実験者は陽電子をターゲットに向けて発射し、その一部が電子を捕獲することによって作成する必要があります。結果として生じる原子も、それほど長くは残りません。数分の 1 マイクロ秒以内に、電子と陽電子が衝突し、ガンマ線の閃光で互いに消滅します。
それにもかかわらず、骨の折れる努力により、Cassidy と同僚は、約 100,000 個のポジトロニウム原子のつかの間のパフをキャプチャし、特定のペアの量子状態間の遷移を駆動するマイクロ波にさらすことができました。速度を最大化するためにマイクロ波の周波数を調整すると、遷移が 18.50102 ギガヘルツで発生したことがわかりました。これは、18.49825 ギガヘルツの QED 予測と衝突します。この 2 つの値は、実験誤差と理論誤差の合計の 4.5 倍の差があり、発見を宣言する基準の 5 倍をわずかに下回っていると、チームは 8 月 12 日の Physical Review Letters で報告しました。 .
物理学者によると、いくつかの理由から注意が必要です。ポジトロニウムの予測された特性と観測された特性との間の他の不一致は、現れたり消えたりしました。たとえば、1990 年代の物理学者は、基本的に、ポジトロニウムは予測されたほど長生きしないと考えていました。しかし、より良い測定により、2003年にその違いが解決されました。研究者は、電子と陽電子の間を飛び交う新しい量子粒子など、新しい理論との矛盾を説明するのに苦労するかもしれません. 「この実験に適合するように理論を修正するのは少し難しいかもしれませんが、他の実験では問題を引き起こさないでしょう」と Adkins は言います。
おそらく、注意が必要な最大の理由は、新しい結果が QED に何かが欠けていることを示唆しているためです。電子のような粒子が存在すること、アルバート・アインシュタインの特殊相対性理論が成立すること、理論全体がゲージ不変性と呼ばれる特定の数学的対称性を持たなければならないこと、そしてそれがすぐに他のすべてのものを生み出すこと、つまり電場と磁場、およびそれらのすべての特性。したがって、ポジトロニウムを説明する QED の能力に疑問を呈することは、実に大胆なことです。 「公の場でQEDにあまり反対したくないでしょう」とCassidyは言います. 「マイク・タイソンとの戦いのようなものだ。勝てないだろう」
最終的には、QED だけでこの不一致を説明できるだろう、と Cassidy は予測しています。マイクロ波は、ポジトロニウム原子を初期量子状態から最終量子状態に直接駆動するだけでなく、中間量子状態を介して駆動する可能性もあります。初期状態から最終状態に到達するその追加の方法は、量子力学的に直接経路に干渉し、測定された遷移の頻度に影響を与える可能性があります。そのような微妙ではあるが従来の効果が働いているかどうかを選別するには、10 年かかる可能性があると Cassidy は言います。
一方、物理学者は、資金提供機関からでさえも、結果に自分自身を語らせるのではなく、彼らの研究のより挑発的な解釈を強調するように、ますます圧力を受けている、とCassidyは言う. 「最近はこうやってお金を稼いでいます。」
