Universet styres av fire grunnleggende krefter: tyngdekraft, elektromagnetisme og de sterke og svake atomkrefter. Disse kreftene driver bevegelsen og oppførselen til alt vi ser rundt oss. Det er i det minste det vi tror. Men de siste årene har det vært økende bevis på en femte grunnleggende styrke. Ny forskning har ikke oppdaget denne femte styrken, men den viser at vi fortsatt ikke helt forstår disse kosmiske kreftene.
De grunnleggende kreftene er en del av standardmodellen for partikkelfysikk. Denne modellen beskriver alle de forskjellige kvantepartiklene vi observerer, for eksempel elektroner, protoner, antimaterie og slikt. Kvarker, nøytrinoer og Higgs boson er alle en del av modellen.
Begrepet "kraft" i modellen er litt av en feilnummer. I standardmodellen er hver kraft resultatet av en type bærerboson. Fotoner er bæreren for elektromagnetisme. Gluoner er bærebonuser for de sterke, og bosoner kjent som W og Z er for de svake. Tyngdekraften er ikke teknisk sett en del av standardmodellen, men det antas at kvantetyngdekraften har en boson kjent som graviton. Vi forstår fortsatt ikke helt kvantetyngdekraften, men en idé er at tyngdekraften kan forenes med standardmodellen for å produsere en storslått enhetlig teori (MAGE).
Hver partikkel vi noen gang har oppdaget er en del av standardmodellen. Oppførselen til disse partiklene samsvarer med modellen ekstremt nøyaktig. Vi har sett etter partikler utover standardmodellen, men så langt har vi aldri funnet noen. Standardmodellen er en triumf for vitenskapelig forståelse. Det er høydepunktet i kvantefysikken.
Men vi har begynt å lære at det har noen alvorlige problemer.
Til å begynne med, vet vi nå at standardmodellen ikke kan kombinere med tyngdekraften på den måten som vi trodde. I standardmodellen “forenes” de grunnleggende kreftene ved høyere energinivå. Elektromagnetisme og de svake kombineres i electroweak, og electroweak forenes med den sterke for å bli den elektroniske kjernekraften. Ved ekstremt høye energier skal de elektroniske kjernekraft- og gravitasjonskreftene forene seg. Eksperimenter i partikkelfysikk har vist at foreningsenergiene ikke stemmer overens.
Mer problematisk er spørsmålet om mørk materie. Mørk materie ble først foreslått for å forklare hvorfor stjerner og gass i ytterkanten av en galakse beveger seg raskere enn forutsagt av tyngdekraften. Enten er tyngdekraften vår på en eller annen måte feil, eller så må det være en viss usynlig (mørk) masse i galakser. I løpet av de siste femti årene har bevisene for mørk materie blitt veldig sterke. Vi har observert hvordan mørk materie klynger sammen galakser, hvordan den er fordelt i bestemte galakser og hvordan den oppfører seg. Vi vet at det ikke samhandler sterkt med vanlig materie eller seg selv, og det utgjør størstedelen av massen i de fleste galakser.
Men det er ingen partikkel i standardmodellen som kan utgjøre mørk materie. Det er mulig at mørk materie kan være laget av noe som små sorte hull, men astronomiske data støtter ikke egentlig den ideen. Mørk materie er sannsynligvis laget av noen ennå uoppdagede partikler, en som standardmodellen ikke forutsier.
Så er det mørk energi. Detaljerte observasjoner av fjerne galakser viser at universet ekspanderer i stadig større grad. Det ser ut til at det er en slags energi som driver denne prosessen, og vi forstår ikke hvordan. Det kan være at denne akselerasjonen er et resultat av rom og tid, en slags kosmologisk konstant som får universet til å utvide seg. Det kan være at dette er drevet av en eller annen ny styrke som ennå ikke er oppdaget. Uansett hva mørk energi er, utgjør den mer enn to tredjedeler av universet.
Alt dette peker på at standardmodellen i beste fall er ufullstendig. Det er ting vi i grunn mangler i måten universet fungerer på. Det er foreslått mange ideer for å fikse standardmodellen, fra supersymmetri til ennå uoppdagede kvarker, men en idé er at det er en femte grunnleggende kraft. Denne styrken vil ha sin egen bærer (s) samt nye partikler utover de vi har oppdaget.
Denne femte kraften ville også samvirke med partiklene vi har observert på subtile måter som er i strid med standardmodellen. Dette bringer oss til en ny artikkel som hevder å ha bevis for en slik interaksjon.
Oppgaven ser på en anomali i forfallet til helium-4 kjerner, og den bygger opp en tidligere studie av forfall av beryllium-8. Beryllium-8 har en ustabil kjerne som forfaller til to kjerner av helium-4. I 2016 fant teamet ut at forfallet av beryllium-8 ser ut til å bryte standardmodellen litt. Når kjernene er i en spent tilstand, kan de avgi et elektron-positron-par når de forfaller. Antallet par observert i større vinkler er høyere enn standardmodellen forutsier, og er kjent som Atomki-anomalien.
Det er mange mulige forklaringer på avviket, inkludert eksperimentfeil, men en forklaring er at det er forårsaket av boson teamet som heter X17. Det ville være bærebonen for en (ennå ukjent) femte grunnleggende styrke, med en masse på 17 MeV. I den nye artikkelen fant teamet et lignende avvik i forfallet til helium-4. X17-partikkelen kan også forklare denne avviket.
Selv om dette høres spennende ut, er det grunn til å være forsiktig. Når du ser på detaljene i det nye papiret, er det litt rare data som finjusteres. I utgangspunktet antar teamet at X17 er nøyaktig og viser at dataene kan gjøres for å passe til modellen deres. Viser at en modell kan forklare at anomaliene ikke er det samme som å bevise modellen din gjør forklare anomaliene. Andre forklaringer er mulig. Hvis X17 eksisterer, burde vi også ha sett det i andre partikkeleksperimenter, og det har vi ikke. Bevisene for denne "femte styrken" er virkelig svake.
Den femte styrken kunne eksistere, men vi fant den ikke ennå. Det vi vet er at standardmodellen ikke helt legger opp, og det betyr at noen veldig interessante funn venter på å bli funnet.
Kilde: Nytt bevis som støtter eksistensen av den hypotetiske X17-partikkelen, av Krasznahorkay, A. J., et al.
Kilde: Observasjon av anomale interne parskaping i be 8: En mulig indikasjon på en lett, nøytral boson, av Krasznahorkay, A. J., et al.
