I noen tid har fysikere forstått at alle kjente fenomener i universet styres av fire grunnleggende krefter. Disse inkluderer svak kjernekraft, sterk kjernekraft, elektromagnetisme og tyngdekraft. Mens de tre første kreftene alle er en del av standardmodellen for partikkelfysikk, og kan forklares gjennom kvantemekanikk, er vår forståelse av tyngdekraften avhengig av Einsteins relativitetsteori.
Å forstå hvordan disse fire kreftene passer sammen har vært målet med teoretisk fysikk i flere tiår, noe som igjen har ført til utviklingen av flere teorier som forsøker å forene dem (dvs. Super String Theory, Quantum Gravity, Grand Unified Theory, etc). Imidlertid kan deres innsats være komplisert (eller hjulpet) takket være ny forskning som antyder at det bare kan være en femte styrke på jobb.
I en artikkel som nylig ble publisert i tidsskriftet Fysiske gjennomgangsbrev, et forskerteam fra University of California, Irvine forklarer hvordan nylige partikkelfysikkeksperimenter kan ha gitt bevis på en ny type boson. Denne bosonen oppfører seg tilsynelatende ikke som andre bosoner gjør, og kan være en indikasjon på at det er enda en naturkraft der ute som styrer grunnleggende interaksjoner.
Som Jonathan Feng, professor i fysikk og astronomi ved UCI og en av hovedforfatterne på papiret, sa:
“Hvis det er sant, er det revolusjonerende. I flere tiår har vi kjent til fire grunnleggende krefter: gravitasjon, elektromagnetisme og de sterke og svake atomkrefter. Hvis den blir bekreftet av ytterligere eksperimenter, ville denne oppdagelsen av en mulig femte styrke fullstendig endre vår forståelse av universet, med konsekvenser for foreningen av krefter og mørk materie. ”
Innsatsen som førte til denne potensielle oppdagelsen begynte allerede i 2015, da UCI-teamet kom over en studie fra en gruppe eksperimentelle kjernefysikere fra Det ungarske akademi for vitenskapsinstitutt for kjernefysisk forskning. På den tiden så disse fysikerne på en radioaktiv forfallsanomali som antydet eksistensen av en lyspartikkel som var 30 ganger tyngre enn et elektron.
I en artikkel som beskrev forskningen deres, hevdet hovedforsker Attila Krasznahorka og kollegene at det de observerte kan være opprettelsen av "mørke fotoner". Kort sagt trodde de at de omsider kunne ha funnet bevis på Dark Matter, den mystiske, usynlige massen som utgjør omtrent 85% av universets masse.
Denne rapporten ble stort sett oversett den gangen, men fikk bred oppmerksomhet tidligere i år da prof. Feng og hans forskerteam fant den og begynte å vurdere konklusjonene. Men etter å ha studert resultatene i de ungarske lagene og sammenlignet dem med tidligere eksperimenter, konkluderte de med at eksperimentelle bevis ikke støttet eksistensen av mørke fotoner.
I stedet foreslo de at funnet kunne indikere en mulig tilstedeværelse av en femte grunnleggende naturkraft. Disse funnene ble publisert i arXiv i april, som ble fulgt opp av et papir med tittelen “Particle Physics Models for the 17 MeV Anomaly in Beryllium Nuclear Decays”, som ble publisert i PRL den siste fredagen.
I hovedsak argumenterer UCI-teamet for at det ungarske forskerteamet i stedet for et mørkt foton kunne ha vært vitne til var opprettelsen av en tidligere uoppdaget boson - som de har kalt den "protofobe X boson". Mens andre bosoner interagerer med elektroner og protoner, samvirker denne hypotetiske bosonen bare med elektroner og nøytroner, og bare i et ekstremt begrenset område.
Det antas at denne begrensede interaksjonen er årsaken til at partikkelen har vært ukjent til nå, og hvorfor adjektivene "fotobisk" og "X" blir lagt til navnet. "Det er ingen andre bosoner som vi har observert som har samme karakteristikk," sa Timothy Tait, professor i fysikk og astronomi ved UCI og medforfatter av papiret. "Noen ganger kaller vi det også 'X boson', der 'X' betyr ukjent."
Hvis en slik partikkel eksisterer, kan mulighetene for forskningsgjennomgang være uendelige. Feng håper det kan kombineres med de tre andre kreftene som styrer partikkelinteraksjoner (elektromagnetiske, sterke og svake kjernekrefter) som en større, mer grunnleggende styrke. Feng spekulerte også i at denne mulige oppdagelsen kunne peke på eksistensen av en "mørk sektor" av vårt univers, som styres av sin egen materie og krefter.
"Det er mulig at disse to sektorene snakker med hverandre og samhandler med hverandre gjennom noe tilslørt, men grunnleggende interaksjoner," sa han. "Denne mørke sektorstyrken kan manifestere seg som denne protofopiske kraften vi ser som et resultat av det ungarske eksperimentet. I en større forstand passer det med vår opprinnelige forskning for å forstå arten av mørk materie. ”
Hvis dette skulle vise seg å være tilfelle, kan fysikere være nærmere på å finne ut om det eksisterer mørk materie (og kanskje til og med mørk energi), to av de største mysteriene i moderne astrofysikk. Dessuten kan det hjelpe forskere i søket etter fysikk utover standardmodellen - noe forskerne ved CERN har vært opptatt av siden oppdagelsen av Higgs Boson i 2012.
Men som Feng bemerker, må vi bekrefte eksistensen av denne partikkelen gjennom ytterligere eksperimenter før vi blir begeistret for implikasjonene:
"Partikkelen er ikke veldig tung, og laboratorier har hatt energiene som kreves for å lage den siden 50- og 60-tallet. Men grunnen til at det har vært vanskelig å finne, er at interaksjonene er veldig svake. Når det er sagt, fordi den nye partikkelen er så lett, er det mange eksperimentelle grupper som jobber i små laboratorier rundt om i verden som kan følge opp de første påstandene, nå som de vet hvor de skal se. ”
Som den nylige saken med CERN - der LHC-lag ble tvunget til å kunngjøre at de hadde det ikke oppdaget to nye partikler - demonstrerer, det er viktig å ikke telle kyllingene våre før de blir stekt. Som alltid er forsiktig optimisme den beste tilnærmingen til potensielle nye funn.
