物理学者、地球深部で第5の基本的な力を発見

一般的に、人々は「自然の力」という表現を「彼女は本当の自然の力だ」のように、大まかに使う傾向があります。しかし、物理学者はもっとこだわりがあり、この表現を「基本的な力」と呼ぶ 4 つの別々の普遍的な力、つまり重力、電磁気力、そしてそれぞれ原子核をまとめ、放射性崩壊に関与する強い核力と弱い核力にのみ使用します。

物理学者が他の力が存在する可能性を否定しているわけではない。物理学者があらゆるものを説明するために持っているモデルは不完全なので、これまでに特定されたすべての力とは異なる方法で物質を引き離したり押し付けたりする何か他のものがどこかに存在する可能性はかなり高い。

アマースト大学とテキサス大学の物理学者チームは、電子のスピンが他の素粒子のスピンと相互作用することで生じる可能性のある 5 番目の力の可能性を探しています。2 つの磁石をくっつけるたびに、電子のスピンの短距離効果を体験します。これは鉄には互いに一列に並んだ電子が含まれているという事実の結果です。しかし科学者は、粒子のスピンによって非常に長距離でも相互作用が生じる可能性があると考えています。

問題は、たとえ「スピンスピン力」と呼ばれるこの長距離力が存在するとしても、それは非常に弱く、したがって検出が極めて難しいことです。アマーストチームの主任科学者ラリー・ハンターは、長距離スピンスピン力は中性子と電子の間の重力引力よりも少なくとも百万倍弱いはずだと計算しています。重力は私たちの生活の中で最も明らかな力なので、強い力のように思えますが、個々の亜原子粒子の規模ではほとんどまったく無意味です（2つの電子間の静電気力は、それらの重力引力よりも百万兆兆兆兆倍強力です）。

しかしハンター氏のチームは、この困難に対処する巧妙な方法を思いついた。2つの粒子の間に働く非常に微弱な力を検出するのではなく、地球深部にある鉄原子に閉じ込められた回転する電子全体の力を検出することを目指しているのだ。

鉄の中の電子は磁場と一直線になる傾向があるため、ハンターはマントル（地球の体積の大部分を占める地殻と核の間の厚い層）内のすべての鉄原子の純スピン量を推定できるかもしれないと気づいた。

ハンター氏はテキサス大学オースティン校の地球物理学者、ジョン・フー・リン氏と共同で、地球内部のさまざまな領域における磁場の強さと、マントル全体にわたる電子の純スピンを計算した。研究者たちは、地球の鉄原子の採掘場を利用して、ハンター氏の研究室にある中性子に働く長距離スピンスピン力を1000兆倍以上も増加できることに気づいた。

それでも、課題は山積している。チームが研究している水銀ガスの原子が入っている試験室は、4つの既知の基本的な力による干渉から完全に隔離されていなければならないし、ガスの変化を検知するためにチームが使用するツールは完璧に調整されていなければならない。「モグラ叩きに少し似ています」とハンター氏は冗談を言う。「1つの問題を解決しても、また別の問題が出てくるのです。」

ハンター氏は、彼と彼のチームが装置の感度を少なくとも2桁は高めることができると考えている。その感度の向上が物理学者が検出するのに十分かどうか、つまりこの力が本当に存在するかどうかは、まだ分からない。