Fyysikot ovat jo jonkin aikaa ymmärtäneet, että kaikkia maailmankaikkeuden tunnettuja ilmiöitä ohjaa neljä perusvoimaa. Näitä ovat heikko ydinvoima, voimakas ydinvoima, sähkömagneettisuus ja painovoima. Kun kaikki kolme ensimmäistä voimaa ovat osa hiukkasfysiikan standardimallista ja selitettävissä kvanttimekaniikan avulla, ymmärryksemme painovoimasta riippuu Einsteinin suhteellisuusteoriasta.
Ymmärtäminen, kuinka nämä neljä voimaa sopivat yhteen, on ollut teoreettisen fysiikan tavoitteena vuosikymmenien ajan, mikä puolestaan on johtanut monien teorioiden kehittämiseen, jotka yrittävät sovittaa ne yhteen (ts. Super String Theory, Quantum Gravity, Grand Unified Theory jne.). Niiden ponnistelut voivat kuitenkin olla monimutkaisia (tai auttaneet) uuden tutkimuksen ansiosta, joka viittaa siihen, että työssä voisi olla vain viides voima.
Lehdessä äskettäin julkaistussa lehdessä Fyysiset tarkistuskirjeet, tutkijaryhmä Kalifornian yliopistosta, Irvine selittää, kuinka viimeaikaiset hiukkasfysiikkakokeet ovat saaneet aikaan todisteita uuden tyyppisestä bosonista. Tämä bosoni ei ilmeisesti toimi kuten muut bosonit, ja se voi olla merkki siitä, että siellä on vielä yksi luonnon voima, joka hallitsee perustavaa laatua olevaa vuorovaikutusta.
Kuten Jonathan Feng, UCI: n fysiikan ja tähtitieteen professori ja yksi paperilla olevista pääkirjailijoista, sanoi:
”Jos totta, se on vallankumouksellinen. Olemme vuosikymmenien ajan olleet tunnettuja neljästä perusvoimasta: painovoima, sähkömagneettisuus ja vahvat ja heikot ydinvoimat. Jos se vahvistetaan lisäkokeilla, tämä mahdollisen viidennen voiman löytäminen muuttaisi täysin käsitystämme maailmankaikkeudesta, ja sillä olisi seurauksia voimien ja tumman aineen yhdentymiselle. "
Mahdollisiin löytöihin johtaneet pyrkimykset alkoivat jo vuonna 2015, kun UCI-ryhmä löysi tutkimuksen Unkarin tiedeakatemian ydintutkimusinstituutin kokeellisten ydinfyysikkojen ryhmältä. Tuolloin nämä fyysikot tutkivat radioaktiivisen hajoamisen poikkeavuutta, joka vihjasi kevyen hiukkasen olemassaololle, joka oli 30 kertaa raskaampi kuin elektroni.
Tutkimustaan kuvaavassa lehdessä johtava tutkija Attila Krasznahorka ja hänen kollegansa väittivät, että heidän havaitsemansa voi olla ”tummien fotonien” luominen. Lyhyesti sanottuna he uskoivat, että he olivat vihdoin löytäneet todisteita Dark Matterista, salaperäisestä, näkymättömästä massasta, joka muodostaa noin 85% maailmankaikkeuden massasta.
Tämä raportti jätettiin tuolloin suurelta osin huomiotta, mutta se sai laajan huomion aiemmin tänä vuonna, kun professori Feng ja hänen tutkimusryhmänsä löysivät sen ja alkoivat arvioida sen johtopäätöksiä. Tutkittuaan Unkarin ryhmien tuloksia ja vertaamalla niitä aikaisempiin kokeisiin, he päättelivät, että kokeellinen näyttö ei tukenut tummien fotonien olemassaoloa.
Sen sijaan he ehdottivat, että löytö voisi osoittaa viidennen perustavanlaatuisen luonnonvoiman mahdollisen läsnäolon. Nämä havainnot julkaistiin arXiv: ssä huhtikuussa, jota seurasi julkaisu, jonka otsikko oli ”Particle Physics Models for 17 MeV Anomaly in Beryllium Nuclear Decays”, joka julkaistiin PRL tänä perjantaina.
Pohjimmiltaan UCI-ryhmä väittää, että tumman fotonin sijaan Unkarin tutkimusryhmä olisi voinut olla todistamassa aiemmin löytämättä olevan bosonin luomista - jonka he ovat nimittäneet ”protofobiseksi X-bosoniksi”. Kun taas muut bosonit ovat vuorovaikutuksessa elektronien ja protonien kanssa, tämä hypoteettinen boson on vuorovaikutuksessa vain elektronien ja neutronien kanssa ja vain erittäin rajoitetulla alueella.
Tämän rajoitetun vuorovaikutuksen uskotaan olevan syy siihen, miksi hiukkanen on pysynyt tuntemattomana toistaiseksi ja miksi adjektiivit “fotobiikka” ja “X” lisätään nimeen. "Ei ole yhtään muuta havaittua bosonia, jolla olisi sama ominaisuus", sanoi Timothy Tait, UCI: n fysiikan ja tähtitieteen professori ja lehden yhteiskirjailija. "Joskus kutsumme sitä myös vain" X bosoniksi ", missä" X "tarkoittaa tuntematonta."
Jos tällainen hiukkanen on olemassa, mahdollisuudet tutkimuksen läpimurtoihin voivat olla rajattomat. Feng toivoo, että se voitaisiin yhdistää kolmen muun hiukkasten vuorovaikutusta hallitsevien voimien (sähkömagneettiset, voimakkaat ja heikot ydinvoimat) kanssa suurempana, perusteellisempana voimana. Feng spekuloi myös, että tämä mahdollinen löytö voisi viitata maailmankaikkeuden ”pimeän sektorin” olemassaoloon, jota hallitsevat sen oma aine ja voimat.
"On mahdollista, että nämä kaksi sektoria puhuvat keskenään ja ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa hiukan peitetyllä, mutta perustavanlaatuisella vuorovaikutuksella", hän sanoi. ”Tämä pimeän sektorin voima voi ilmetä tänä protophoppisena voimana, jonka näemme Unkarin kokeilun tuloksena. Laajemmassa mielessä se sopii alkuperäiseen tutkimukseemme ymmärtää tumman aineen luonne. "
Jos tämän osoittautuu olevan tilanne, fyysikot saattavat olla lähempänä selvittämään tumman aineen (ja ehkä jopa tumman energian) olemassaoloa, joka on kaksi modernin astrofysiikan suurimmista mysteereistä. Lisäksi se voisi auttaa tutkijoita etsimään fysiikkaa vakiomallin ulkopuolella - jotain, jota CERNin tutkijat ovat kiinnittäneet huomiota Higgs Bosonin löytön jälkeen vuonna 2012.
Mutta kuten Feng toteaa, meidän on vahvistettava tämän hiukkasen olemassaolo lisäkokeilla ennen kuin saamme kaikki innostumaan sen vaikutuksista:
"Hiukkas ei ole kovin raskas, ja laboratorioilla on ollut sen valmistamiseksi tarvittavia energioita 50-60-luvulta lähtien. Mutta syy, jota on ollut vaikea löytää, on sen vuorovaikutus erittäin heikko. Koska uusi hiukkas on niin kevyt, ympäri maailmaa työskentelee pienissä laboratorioissa monia kokeellisia ryhmiä, jotka voivat seurata alkuperäisiä vaatimuksiaan nyt, kun he tietävät mistä etsiä. "
Kuten viimeaikainen tapaus, joka koski CERNiä - jossa LHC-joukkueet pakotettiin ilmoittamaan, että heillä oli ei löysi kaksi uutta hiukkasta - osoittaa, että on tärkeää, että emme laske kanojamme ennen niiden juurtumista. Kuten aina, varovainen optimismi on paras lähestymistapa mahdollisiin uusiin havaintoihin.
