De ceva timp, fizicienii au înțeles că toate fenomenele cunoscute din Univers sunt guvernate de patru forțe fundamentale. Acestea includ forța nucleară slabă, forța nucleară puternică, electromagnetismul și gravitația. Deși primele trei forțe ale acestora fac parte din Modelul standard al fizicii particulelor și pot fi explicate prin mecanica cuantică, înțelegerea noastră asupra gravitației depinde de teoria Einstein a relativității.
Înțelegerea modului în care aceste patru forțe se potrivesc a fost obiectivul fizicii teoretice de zeci de ani, ceea ce la rândul său a dus la dezvoltarea mai multor teorii care încearcă să le împace (adică Teoria Super-Șiruri, Gravitatea cuantică, Marea Teorie Unificată etc.). Cu toate acestea, eforturile lor pot fi complicate (sau ajute) datorită noilor cercetări care sugerează că ar putea exista doar o a cincea forță la locul de muncă.
Într-o lucrare care a fost publicată recent în jurnal Scrisori de revizuire fizică, o echipă de cercetare de la Universitatea din California, Irvine explică modul în care experimentele recente de fizică a particulelor ar fi putut da dovada unui nou tip de boson. Aparent acest boson nu se comportă așa cum fac și alți bosoni și poate fi un indiciu că există încă o forță a naturii acolo care guvernează interacțiunile fundamentale.
După cum a spus Jonathan Feng, profesor de fizică și astronomie la UCI și unul dintre autorii principali pe hârtie:
„Dacă este adevărat, este revoluționar. De zeci de ani, cunoaștem patru forțe fundamentale: gravitația, electromagnetismul și forțele nucleare puternice și slabe. Dacă se confirmă prin alte experimente, această descoperire a unei eventuale forțe a cincea ne-ar schimba complet înțelegerea universului, cu consecințe pentru unificarea forțelor și a materiei întunecate. "
Eforturile care au dus la această descoperire potențială au început încă din 2015, când echipa UCI a dat un studiu realizat de un grup de fizicieni nucleari experimentali de la Institutul Maghiar de Științe al Academiei de Științe Nucleare. La vremea respectivă, acești fizicieni se uitau la o anomalie de descompunere radioactivă care sugera existența unei particule ușoare de 30 de ori mai grele decât un electron.
Într-o lucrare care descrie cercetările lor, cercetătorul principal Attila Krasznahorka și colegii săi au afirmat că ceea ce observau ar putea fi crearea de „fotoni întunecați”. Pe scurt, ei credeau că ar fi putut găsi în cele din urmă dovezi ale materiei întunecate, masa misterioasă, invizibilă, care constituie aproximativ 85% din masa Universului.
Acest raport a fost în mare parte ignorat la vremea respectivă, dar a obținut o atenție largă la începutul acestui an, când prof. Feng și echipa sa de cercetare l-au găsit și au început să evalueze concluziile sale. Dar, după ce au studiat rezultatele echipelor maghiare și le-au comparat cu experimentele anterioare, au ajuns la concluzia că dovezile experimentale nu au susținut existența fotonilor întunecați.
În schimb, ei au propus că descoperirea ar putea indica prezența posibilă a unei a cincea forțe fundamentale a naturii. Aceste descoperiri au fost publicate în arXiv în aprilie, care a fost urmată de o lucrare intitulată „Modele de fizică a particulelor pentru anomalia de 17 MeV în berile nucleare ale beriliei”, care a fost publicată în PRL vinerea trecută.
În esență, echipa UCI susține că, în locul unui foton întunecat, ceea ce ar fi putut fi martor echipa de cercetare maghiară a fost crearea unui boson nedescoperit anterior - pe care l-au numit „bosonul X protofob”. În timp ce alți bosoni interacționează cu electronii și protonii, acest boson ipotetic interacționează doar cu electroni și neutroni și numai într-un interval extrem de limitat.
Această interacțiune limitată se crede a fi motivul pentru care particula a rămas necunoscută până în prezent și de ce la numele se adaugă adjectivele „fotobice” și „X”. "Nu am observat niciun alt boson care să aibă aceeași caracteristică", a spus Timothy Tait, profesor de fizică și astronomie la UCI și co-autor al lucrării. „Uneori, numim și„ bosonul X ”, unde„ X ”înseamnă necunoscut.
Dacă există o astfel de particulă, posibilitățile de descoperire a cercetării ar putea fi interminabile. Feng speră că ar putea fi unită cu celelalte trei forțe care guvernează interacțiunile de particule (forțe nucleare electromagnetice, puternice și slabe) ca o forță mai mare, mai fundamentală. De asemenea, Feng a speculat că această posibilă descoperire ar putea indica existența unui „sector întunecat” al universului nostru, care este guvernat de materia și forțele proprii.
„Este posibil ca aceste două sectoare să discute între ele și să interacționeze unele cu altele prin interacțiuni oarecum voalate, dar fundamentale”, a spus el. „Această forță a sectorului întunecat se poate manifesta ca această forță protophopică pe care o vedem ca urmare a experimentului ungar. Într-un sens mai larg, se potrivește cercetărilor noastre originale pentru a înțelege natura materiei întunecate. ”
Dacă acest lucru ar trebui să se dovedească a fi cazul, atunci fizicienii ar putea fi mai aproape de a înțelege existența materiei întunecate (și poate chiar a energiei întunecate), două dintre cele mai mari mistere din astrofizica modernă. Ba mai mult, ar putea ajuta cercetătorii în căutarea fizicii dincolo de modelul standard - lucru cu care cercetătorii de la CERN au fost preocupați de la descoperirea Bosonului Higgs în 2012.
Dar, după cum remarcă Feng, trebuie să confirmăm existența acestei particule prin alte experimente înainte de a ne excita cu toate implicațiile sale:
„Particula nu este foarte grea, iar laboratoarele au avut energiile necesare pentru a se produce încă din anii '50 și '60. Dar motivul pentru care a fost greu de găsit este faptul că interacțiunile sale sunt foarte slabe. Acestea fiind spuse, deoarece noua particulă este atât de ușoară, există multe grupuri experimentale care lucrează în laboratoare mici din întreaga lume care pot urmări revendicările inițiale, acum, când știu unde să arate. "
Ca și cazul recent care a implicat CERN - unde echipele LHC au fost obligate să anunțe că au nu a descoperit două particule noi - demonstrează, este important să nu-i numărăm pe puii noștri înainte de a fi înghețați. Ca întotdeauna, optimismul prudent este cea mai bună abordare a noilor descoperiri potențiale.
