Universul este guvernat de patru forțe fundamentale: gravitația, electromagnetismul și forțele nucleare puternice și slabe. Aceste forțe conduc mișcarea și comportamentul a tot ceea ce vedem în jurul nostru. Cel puțin așa ne gândim. Dar în ultimii câțiva ani, există dovezi din ce în ce mai mari a unei a cincea forțe fundamentale. Noile cercetări nu au descoperit această a cincea forță, dar arată că încă nu înțelegem pe deplin aceste forțe cosmice.
Forțele fundamentale sunt o parte a modelului standard al fizicii particulelor. Acest model descrie toate diversele particule cuantice pe care le observăm, cum ar fi electronii, protonii, antimateria și altele. Quark-urile, neutrinii și bosonul Higgs fac parte din model.
Termenul „forță” din model este un pic greșit. În modelul standard, fiecare forță este rezultatul unui tip de boson purtător. Fotonii sunt bosonul purtător pentru electromagnetism. Gluonii sunt bosonii purtători pentru cei puternici, iar bosonii cunoscuți ca W și Z sunt pentru cei slabi. Gravitatea nu face parte din punct de vedere tehnic al modelului standard, dar se presupune că gravitația cuantică are un boson cunoscut sub numele de graviton. Încă nu înțelegem pe deplin gravitația cuantică, dar o idee este că gravitația poate fi unită cu modelul standard pentru a produce o teorie unificată (INTESTIN).
Fiecare particulă pe care am descoperit-o vreodată este o parte a modelului standard. Comportamentul acestor particule se potrivește modelului extrem de precis. Am căutat particule dincolo de modelul standard, dar până acum nu am găsit niciodată. Modelul standard este un triumf al înțelegerii științifice. Este culmea fizicii cuantice.
Dar am început să aflăm că are unele probleme grave.
Pentru început, știm acum că modelul standard nu se poate combina cu gravitația în modul în care ne-am gândit. În modelul standard, forțele fundamentale se „unifică” la niveluri energetice superioare. Electromagnetismul și cei slabi se combină în electroweak, iar electroweak se unifică cu puternic pentru a deveni forța electronucleară. La energii extrem de mari, forțele electronucleare și gravitaționale ar trebui să se unifice. Experimentele în fizica particulelor au arătat că energiile de unificare nu se potrivesc.
Mai problematică este problema materiei întunecate. Materia întunecată a fost inițial propusă pentru a explica de ce stelele și gazele de pe marginea exterioară a unei galaxii se mișcă mai repede decât se prevedea gravitația. Fie teoria noastră despre gravitație este cumva greșită, fie trebuie să existe o masă invizibilă (întunecată) în galaxii. În ultimii cincizeci de ani, dovezile pentru materia întunecată au devenit foarte puternice. Am observat cum materiile întunecate reunesc galaxii împreună, cum este distribuită în anumite galaxii și cum se comportă. Știm că nu interacționează puternic cu materia obișnuită sau în sine, și constituie majoritatea masei din majoritatea galaxiilor.
Dar în modelul standard nu există o particulă care să poată compune materia întunecată. Este posibil ca materia întunecată să poată fi făcută cum ar fi mici găuri negre, dar datele astronomice nu acceptă cu adevărat această idee. Materialul întunecat este cel mai probabil format dintr-o particulă încă nedescoperită, ceea ce modelul standard nu prevede.
Apoi, există energie întunecată. Observații detaliate despre galaxiile îndepărtate arată că universul se extinde într-un ritm în continuă creștere. Se pare că există un fel de energie care conduce acest proces și nu înțelegem cum. S-ar putea ca această accelerație să fie rezultatul structurii spațiului și a timpului, un fel de constantă cosmologică care determină extinderea universului. S-ar putea ca aceasta să fie condusă de o forță nouă, încă de descoperit. Oricare ar fi energia întunecată, aceasta constituie mai mult de două treimi din univers.
Toate acestea indică faptul că modelul standard este, în cel mai bun caz, incomplet. Există lucruri care ne lipsesc fundamental în modul în care funcționează universul. Au fost propuse o mulțime de idei pentru a repara modelul standard, de la supersimetrie până la quark-uri încă nedescoperite, dar o idee este că există o a cincea forță fundamentală. Această forță ar avea propriul său boson de purtător, precum și particule noi dincolo de cele pe care le-am descoperit.
Această a cincea forță ar interacționa, de asemenea, cu particulele pe care le-am observat în moduri subtile care contrazic modelul standard. Acest lucru ne aduce la o nouă lucrare care pretinde că avem dovezi despre o astfel de interacțiune.
Lucrarea privește o anomalie în descompunerea nucleelor de heliu-4 și se bazează pe un studiu anterior al degradărilor beriliei-8. Beriliu-8 are un nucleu instabil care se descompune în doi nuclei de heliu-4. În 2016, echipa a descoperit că degradarea beriliu-8 pare să încalce ușor modelul standard. Când nucleele sunt într-o stare excitată, acesta poate emite o pereche electron-pozitron, pe măsură ce se descompune. Numărul de perechi observate la unghiuri mai mari este mai mare decât prezice modelul standard și este cunoscut sub denumirea de anomalie Atomki.
Există o mulțime de explicații posibile pentru anomalie, inclusiv o eroare de experiment, dar o explicație este că este cauzată de boson echipa numită X17. Ar fi bosonul purtător pentru o a cincea forță fundamentală (încă necunoscută), cu o masă de 17 MeV. În noua lucrare, echipa a constatat o discrepanță similară în ceea ce privește degradarea heliului-4. Particula X17 ar putea explica și această anomalie.
Deși acest lucru sună interesant, există motive să fii prudent. Când te uiți la detaliile noii lucrări, există o modificare ciudată a datelor. Practic, echipa presupune că X17 este exactă și arată că datele pot fi făcute pentru a se potrivi cu modelul lor. Arătând că un model poate sa explicați anomaliile nu este același lucru care demonstrează modelul dvs. face explicați anomaliile. Alte explicații sunt posibile. Dacă X17 există, ar fi trebuit să îl vedem și în alte experimente cu particule și nu am făcut-o. Dovada acestei „a cincea forțe” este cu adevărat slabă.
A cincea forță ar putea exista, dar încă nu am găsit-o. Știm ceea ce știm este că modelul standard nu se completează în totalitate, iar asta înseamnă că sunt descoperite câteva descoperiri foarte interesante.
Sursă: Noi dovezi care susțin existența particulei ipotetice X17, de Krasznahorkay, A. J., și colab.
Sursă: Observarea creării perechilor interne anormale în fi 8: O posibilă indicație a unui boson ușor, neutru, de Krasznahorkay, A. J., și colab.
