Universet styres af fire grundlæggende kræfter: tyngdekraft, elektromagnetisme og de stærke og svage kernekræfter. Disse kræfter driver bevægelse og opførsel af alt det, vi ser omkring os. I det mindste er det, hvad vi synes. Men i de sidste adskillige år har der været stigende bevis for en femte grundlæggende styrke. Ny forskning har ikke opdaget denne femte styrke, men den viser, at vi stadig ikke fuldt ud forstår disse kosmiske kræfter.
De grundlæggende kræfter er en del af standardmodellen for partikelfysik. Denne model beskriver alle de forskellige kvantepartikler, vi observerer, såsom elektroner, protoner, antimaterie og sådan. Kvarker, neutrinoer og Higgs boson er alle en del af modellen.
Udtrykket "kraft" i modellen er lidt af en fejlnummer. I standardmodellen er hver kraft resultatet af en type bæreboson. Fotoner er bærebonen for elektromagnetisme. Gluoner er bærebones for de stærke, og bosoner kendt som W og Z er for de svage. Tyngdekraften er ikke teknisk en del af standardmodellen, men det antages, at kvantetyngdekraften har en boson kaldet graviton. Vi forstår stadig ikke fuldstændigt kvantetyngdekraften, men en idé er, at tyngdekraften kan forenes med standardmodellen for at producere en storslået samlet teori (TARM).
Hver partikel, vi nogensinde har opdaget, er en del af standardmodellen. Opførelsen af disse partikler matcher modellen yderst nøjagtigt. Vi har kigget efter partikler ud over standardmodellen, men indtil videre har vi aldrig fundet nogen. Standardmodellen er en triumf for videnskabelig forståelse. Det er højdepunktet i kvantefysik.
Men vi er begyndt at lære, at det har nogle alvorlige problemer.
Til at begynde med ved vi nu, at standardmodellen ikke kan kombineres med tyngdekraften på den måde, som vi troede. I standardmodellen "forene" de grundlæggende kræfter ved højere energiniveau. Elektromagnetisme og de svage kombineres i elektro-søjlen, og elektro-søjlen forenes med den stærke til at blive den elektroniske kernekraft. Ved ekstremt høje energier skal de elektroniske kernekræfter og tyngdekraften forene sig. Eksperimenter i partikelfysik har vist, at enhedsenergierne ikke stemmer overens.
Mere problematisk er spørgsmålet om mørk materie. Mørkt stof blev først foreslået for at forklare, hvorfor stjerner og gas i den ydre kant af en galakse bevæger sig hurtigere end forudsagt af tyngdekraften. Enten er vores teori om tyngdekraft på en eller anden måde forkert, eller så må der være en vis usynlig (mørk) masse i galakser. I løbet af de sidste halvtreds år er beviset for mørkt stof blevet virkelig stærkt. Vi har observeret, hvordan mørkt stof klynger sammen galakser, hvordan det er fordelt inden for bestemte galakser, og hvordan det opfører sig. Vi ved, at det ikke interagerer stærkt med almindeligt stof eller sig selv, og det udgør størstedelen af massen i de fleste galakser.
Men der er ingen partikel i standardmodellen, der kan udgøre mørkt stof. Det er muligt, at mørkt stof kunne være lavet af noget som små sorte huller, men astronomiske data understøtter ikke rigtig den idé. Mørkt stof er sandsynligvis lavet af en endnu uopdaget partikel, en som standardmodellen ikke forudsiger.
Så er der mørk energi. Detaljerede observationer af fjerne galakser viser, at universet ekspanderer i en stigende hastighed. Der ser ud til at være en slags energi, der driver denne proces, og vi forstår ikke, hvordan. Det kan være, at denne acceleration er resultatet af rummet og tidens struktur, en slags kosmologisk konstant, der får universet til at ekspandere. Det kan være, at dette er drevet af en ny styrke, der endnu ikke er opdaget. Uanset hvilken mørk energi der er, udgør den mere end to tredjedele af universet.
Alt dette peger på det faktum, at standardmodellen i bedste fald er ufuldstændig. Der er ting, vi grundlæggende mangler i den måde universet fungerer på. Masser af ideer er blevet foreslået til at fastsætte standardmodellen, fra supersymmetri til endnu uopdagede kvarker, men en idé er, at der er en femte grundlæggende kraft. Denne styrke ville have sin egen bærebone (r) såvel som nye partikler ud over dem, vi har opdaget.
Denne femte kraft ville også interagere med de partikler, vi har observeret på subtile måder, der er i modstrid med standardmodellen. Dette bringer os til et nyt papir, der hævder at have bevis for en sådan interaktion.
Papiret ser på en anomali i forfaldet af helium-4 kerner, og det bygger på en tidligere undersøgelse af beryllium-8 henfald. Beryllium-8 har en ustabil kerne, der nedbrydes til to kerner af helium-4. I 2016 fandt holdet, at forfaldet af beryllium-8 ser ud til at overtræde standardmodellen lidt. Når kernerne er i en ophidset tilstand, kan de udsende et elektron-positron-par, når de nedbrydes. Antallet af par observeret i større vinkler er højere end standardmodellen forudsiger og er kendt som Atomki-anomalien.
Der er mange mulige forklaringer på afvikelsen, herunder eksperimentfejl, men en forklaring er, at det er forårsaget af boson, holdet, der hedder X17. Det ville være bærebonen for en (endnu ukendt) femte grundlæggende styrke med en masse på 17 MeV. I den nye artikel fandt holdet en lignende uoverensstemmelse i forfaldet af helium-4. X17-partiklen kunne også forklare denne anomali.
Selvom dette lyder spændende, er der grund til at være forsigtig. Når du ser på detaljerne i det nye papir, er der en smule ulige data, der finjusteres. Grundlæggende antager teamet, at X17 er nøjagtig og viser, at dataene kan laves, så de passer til deres model. Viser at en model kan forklar, at anomalierne ikke er det samme som at bevise din model gør forklar anomalierne. Andre forklaringer er mulige. Hvis X17 eksisterer, skulle vi også have set det i andre partikeleksperimenter, og vi har ikke gjort det. Beviserne for denne "femte styrke" er virkelig svage.
Den femte styrke kunne eksistere, men vi fandt den ikke endnu. Det, vi ved, er, at standardmodellen ikke helt tilføjer, og det betyder, at nogle meget interessante opdagelser venter på at blive fundet.
Kilde: Nyt bevis til støtte for eksistensen af den hypotetiske X17-partikel af Krasznahorkay, A. J., et al.
Kilde: Observation af anomal intern paroprettelse i be 8: En mulig indikation af en lys, neutral boson af Krasznahorkay, A. J., et al.
