Учёные проверили гипотезу о пятой силе с помощью нейтронных звёзд

Нейтронные звёзды, образующиеся после коллапса массивных светил, представляют собой объекты с невероятной плотностью, а их недра становятся естественной лабораторией для изучения фундаментальных законов физики. Новое исследование международной группы учёных показало, как эти объекты могут использоваться для проверки гипотезы о существовании нового типа частиц, способных переносить пятую фундаментальную силу природы.

Открытие пятой силы потенциально изменило бы понимание физики и углубило знания о тёмной материи. В условиях Земли её поиск крайне затруднён. Любые отклонения от законов гравитации на малых расстояниях скрываются под фоновыми шумами. Учёные обратились к нейтронным звёздам, ядра которых состоят из сверхплотной массы нуклонов. Согласно теории, гипотетические скалярные частицы, предсказываемые некоторыми расширениями Стандартной модели, взаимодействуют с нуклонами, а нейтронные звёзды выступают их «производителями». Частицы рождаются при столкновениях внутри звезды, уносят энергию, что ускоряет охлаждение светила — признак действия пятой силы.

Для проверки идеи учёные создали детальные симуляции, моделирующие жизнь нейтронных звёзд от момента формирования до текущего возраста. Результаты сравнили с наблюдениями за холодными нейтронными звёздами, которые изучены достаточно хорошо. Если бы скалярные частицы активно взаимодействовали с нуклонами, нейтронные звёзды должны были бы быть холоднее. Однако данные показывают, что их температуры соответствуют стандартной модели охлаждения, без признаков аномальных потерь энергии.

Анализ ограничивает константу связи скалярных частиц с нуклонами, делая её более чем в 10 раз меньше предыдущих оценок для такого класса частиц. Исследование не обнаружило доказательств пятой силы в рассматриваемом диапазоне, но значительно сузило область поиска, исключив ряд теоретических моделей.

Работа продемонстрировала, что экстремальные астрофизические объекты могут служить мощным инструментом проверки фундаментальной физики, недоступной для экспериментов на Земле. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Читайте также: