I nogen tid har fysikere forstået, at alle kendte fænomener i universet styres af fire grundlæggende kræfter. Disse inkluderer svag atomkraft, stærk atomkraft, elektromagnetisme og tyngdekraft. Mens de tre første kræfter alle er en del af standardmodellen for partikelfysik og kan forklares gennem kvantemekanik, er vores forståelse af tyngdekraften afhængig af Einsteins relativitetsteori.
At forstå, hvordan disse fire kræfter passer sammen, har været målet med teoretisk fysik i årtier, hvilket igen har ført til udviklingen af flere teorier, der forsøger at forene dem (dvs. Super String Theory, Quantum Gravity, Grand Unified Theory, osv.). Imidlertid kan deres indsats være kompliceret (eller hjulpet) takket være ny forskning, der antyder, at der muligvis bare er en femte styrke på arbejde.
I et papir, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Fysiske gennemgangsbreve, et forskerteam fra University of California, Irvine forklarer, hvordan nylige partikelfysikforsøg kan have givet bevis på en ny type boson. Denne boson opfører sig tilsyneladende ikke som andre bosoner, og kan være et tegn på, at der er endnu en naturkraft derude, der styrer grundlæggende interaktioner.
Som Jonathan Feng, professor i fysik og astronomi ved UCI og en af hovedforfatterne på papiret, sagde:
”Hvis det er sandt, er det revolutionerende. I årtier har vi kendt fire grundlæggende kræfter: gravitation, elektromagnetisme og de stærke og svage kernekræfter. Hvis det blev bekræftet af yderligere eksperimenter, ville denne opdagelse af en mulig femte styrke fuldstændigt ændre vores forståelse af universet med konsekvenser for foreningen af kræfter og mørk materie. ”
Indsatsen, der førte til denne potentielle opdagelse, begyndte tilbage i 2015, da UCI-teamet stødte på en undersøgelse fra en gruppe eksperimentelle nukleære fysikere fra det ungarske akademi for videnskabsinstitut for nuklear forskning. På det tidspunkt var disse fysikere i færd med at undersøge en radioaktiv forfaldsanomali, der antydede eksistensen af en lyspartikel, der var 30 gange tungere end et elektron.
I en artikel, der beskrev deres forskning, hævdede hovedforsker Attila Krasznahorka og hans kolleger, at det, de observerede, måske var oprettelsen af ”mørke fotoner”. Kort sagt troede de, at de omsider kunne have fundet bevis på Dark Matter, den mystiske, usynlige masse, der udgør omkring 85% af universets masse.
Denne rapport blev stort set overset på det tidspunkt, men fik bred opmærksomhed tidligere i år, da prof. Feng og hans forskerteam fandt den og begyndte at vurdere dens konklusioner. Men efter at have undersøgt resultaterne af de ungarske hold og sammenlignet dem med tidligere eksperimenter, konkluderede de, at eksperimentelt bevis ikke understøttede eksistensen af mørke fotoner.
I stedet foreslog de, at opdagelsen kunne indikere den mulige tilstedeværelse af en femte grundlæggende naturkraft. Disse fund blev offentliggjort i arXiv i april, som blev fulgt op af et papir med titlen “Particle Physics Models for the 17 MeV Anomaly in Beryllium Nuclear Decays”, som blev offentliggjort i PRL den sidste fredag.
I det væsentlige hævder UCI-teamet, at i stedet for en mørk foton, hvad det ungarske forskerteam måske var vidne til, var oprettelsen af en tidligere uopdaget boson - som de har kaldt den "protofobe X boson". Mens andre bosoner interagerer med elektroner og protoner, interagerer denne hypotetiske boson kun med elektroner og neutroner og kun inden for et ekstremt begrænset interval.
Denne begrænsede interaktion antages at være årsagen til, at partiklen er forblevet ukendt indtil nu, og hvorfor adjektiverne "fotobisk" og "X" tilføjes navnet. ”Der er ingen anden boson, som vi har observeret, der har samme egenskab,” sagde Timothy Tait, professor i fysik og astronomi ved UCI og medforfatter til papiret. "Nogle gange kalder vi det også bare 'X boson', hvor 'X' betyder ukendt."
Hvis en sådan partikel eksisterer, kan mulighederne for forskningsgennembrud være uendelige. Feng håber, at det kunne forbindes med de tre andre kræfter, der styrer partikelinteraktioner (elektromagnetiske, stærke og svage kernekræfter) som en større, mere grundlæggende styrke. Feng spekulerede også i, at denne mulige opdagelse kunne pege på eksistensen af en ”mørk sektor” i vores univers, der styres af dets egen sag og kræfter.
”Det er muligt, at disse to sektorer taler med hinanden og interagerer med hinanden gennem noget tilsløret, men grundlæggende interaktion,” sagde han. ”Denne mørke sektorstyrke kan manifestere sig som denne protofopiske styrke, som vi ser som et resultat af det ungarske eksperiment. I en bredere forstand passer det med vores oprindelige forskning at forstå arten af mørk stof. ”
Hvis dette skulle vise sig at være tilfældet, er fysikere måske tættere på at finde ud af, om der findes mørkt stof (og måske endda mørk energi), to af de største mysterier i moderne astrofysik. Derudover kunne det hjælpe forskere i søgningen efter fysik ud over standardmodellen - noget som forskerne ved CERN har været optaget af siden opdagelsen af Higgs Boson i 2012.
Men som Feng bemærker, er vi nødt til at bekræfte eksistensen af denne partikel gennem yderligere eksperimenter, før vi alle bliver begejstrede over dens implikationer:
”Partiklen er ikke særlig tung, og laboratorier har haft de krævede energier siden den '50'erne og 60'erne. Men grunden til, at det har været svært at finde, er, at dets interaktioner er meget svage. Når det er sagt, fordi den nye partikel er så let, er der mange eksperimentelle grupper, der arbejder i små laboratorier rundt om i verden, der kan følge op på de indledende påstande, nu hvor de ved, hvor de skal kigge. ”
Som den nylige sag om CERN - hvor LHC-hold blev tvunget til at meddele, at de havde det ikke opdagede to nye partikler - demonstrerer, det er vigtigt ikke at tælle vores kyllinger, før de er ristet. Som altid er forsigtig optimisme den bedste tilgang til potentielle nye fund.
