Φυσική-Θεμελιώδεις δυνάμεις: Ερευνητές επιβεβαιώνουν την πιθανή ανακάλυψη της πέμπτης δύναμης στη φύση

Στοιχείο για την ύπαρξη μιας Πέμπτης Δύναμης στη φύση, θεωρούνται από θεωρητικούς φυσικούς του Πανεπιστημίου Irvine της Καλιφόρνιας (UCI), τα πρόσφατα ευρήματα που δείχνουν την πιθανή ανακάλυψη ενός άγνωστου μέχρι πρόσφατα υποατομικού σωματιδίου. «Αν είναι αλήθεια, είναι επαναστατικό», είπε ο καθηγητής φυσικής και αστρονομίας Jonathan Feng. «Για δεκαετίες γνωρίζαμε τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις: τη βαρυτική, την ηλεκτρομαγνητική και την ισχυρή και ασθενή πυρηνικές δυνάμεις. Αν επιβεβαιωθεί από επιπλέον περάματα, η ανακάλυψη αυτή της πιθανής πέμπτης δύναμης θα αλλάξει τελείως την κατανόησή μας για το σύμπαν, με συνέπειες για την ενοποίηση των δυνάμεων και τη σκοτεινή ύλη».

Οι ερευνητές του UCI βρήκαν τυχαία μια μελέτη, στα μέσα του 2015, των πειραματικών πυρηνικών φυσικών στην Ουγγρική Ακαδημία Επιστημών που έψαχναν για «σκοτεινά φωτόνια», σωμάτια που θα σηματοδοτούσαν την άφαντη σκοτεινή ύλη, η οποία κατά τους φυσικούς αποτελεί πάνω από το 85% της μάζας του σύμπαντος. Η εργασία των Ούγγρων αποκάλυπτε μια ανωμαλία ραδιενεργού διάσπασης που δείχνει την ύπαρξη ενός ελαφρού σωμάτιου μόλις 30 φορές βαρύτερου του ηλεκτρονίου.

«Οι πειραματιστές δεν ήταν σε θέση να ισχυριστούν ότι ήταν μια νέα δύναμη», είπε ο Feng. «Απλά έδειξαν μια περίσσεια στοιχείων που υποδείκνυαν ένα νέο σωμάτιο, αλλά δεν ήταν ξεκάθαρο εάν ήταν ένα σωμάτιο μάζας ή ένα σωμάτιο φορέας-δύναμης».

Η ομάδα των ερευνητών του UCI μελέτησε τα δεδομένα των Ούγγρων ερευνητών, καθώς και άλλων προηγούμενων πειραμάτων σε αυτή την περιοχή και έδειξαν ότι τα στοιχεία υπολείπονται πολύ και από σωμάτια μάζας και από σκοτεινά φωτόνια. Ωστόσο, πρότειναν μια νέα θεωρία που συνθέτει όλα τα υπάρχοντα δεδομένα και προσδιόρισαν ότι η ανακάλυψη θα μπορούσε να υποδεικνύει μια πέμπτη θεμελιώδη δύναμη. Η αρχική τους ανάλυση δημοσιεύθηκε στα τέλη Απριλίου στο δημοφιλές arXiv και μια συμπληρωματική μελέτη δημοσιεύθηκε την Παρασκευή 12 Αυγούστου, στον ίδιο ιστότοπο, ενισχύοντας τα συμπεράσματα της πρώτης εργασίας.

Η ομάδα του UCI δείχνει ότι αντί της ύπαρξης ενός σκοτεινού φωτονίου, το σωμάτιο μπορεί να είναι ένα «φωτοφοβικό Χ-μποζόνιο». Ενώ η κανονική ηλεκτρική δύναμη εμφανίζεται σε ηλεκτρόνια και πρωτόνια, αυτό το νεο-ευρεθέν μποζόνιο αλληλεπιδρά μόνο με ηλεκτρόνια και νετρόνια και σε μια εξαιρετικά περιορισμένη περιοχή. «Δεν υπάρχει άλλο μποζόνιο που παρατηρήθηκε να έχει αυτά τα ίδια χαρακτηριστικά. Μερικές φορές επίσης απλά αποκαλείται το “Χ-μποζόνιο”, όπου “Χ” σημαίνει άγνωστο», είπε ο καθηγητής φυσικής και αστρονομίας Timothy Tait, συγγραφέας επίσης της ανάλυσης δεδομένων.

Ο Feng σημείωσε ότι είναι σημαντικά επιπλέον πειράματα. «Το σωμάτιο δεν είναι πολύ βαρύ και τα εργαστήρια έχουν τις απαιτούμενες ενέργειες να το παράγουν από τις δεκαετίες του 1950 και 1960», δήλωσε. «Αλλά ο λόγος που είναι πολύ δύσκολο να βρεθεί είναι ότι οι αλληλεπιδράσεις του είναι πολύ αδύναμες. Ωστόσο, επειδή το νέο σωμάτιο είναι τόσο ελαφρύ, υπάρχουν πολλές πειραματικές ομάδες που εργάζονται σε μικρά εργαστήρια σε όλο τον πλανήτη που μπορούν να ακολουθήσουν τους αρχικούς ισχυρισμούς, τώρα που γνωρίζουν που να κοιτάξουν».

Όπως πολλές επιστημονικές ανακαλύψεις και αυτή ανοίγει εντελώς νέα πεδία της έρευνας. Μια κατεύθυνση που κινεί το ενδιαφέρον του Feng είναι η πιθανότητα αυτή η εν δυνάμει πέμπτη δύναμη θα μπορούσε να ενωθεί με την ηλεκτρομαγνητική και τις (ισχυρή και ασθενή) πυρηνικές δυνάμεις ως «σημάδι μιας μεγαλύτερης, πιο θεμελιώδους δύναμης».

Αναφερόμενος στην κατανόηση του Καθιερωμένου Προτύπου από τους φυσικούς, ο Feng εικάζει ότι μπορεί επίσης να είναι ένας ξεχωριστός σκοτεινός τομέας με τη δική του μάζα και τις δικές του δυνάμεις. «Είναι πιθανό ότι αυτοί οι δυο τομείς συνομιλούν ο ένας με τον άλλα και αλληλεπιδρούν με ένα άλλο μέσω κάποιων συγκαλυμμένων αλλά θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων», δήλωσε. «Αυτή η δύναμη του σκοτεινού τομέα μπορεί να εκδηλώνεται ως αυτή η φωτοφοβική δύναμη που είδαμε ως αποτέλεσμα του Ουγγρικού πειράματος. Κατά μια ευρύτερη έννοια, ταιριάζει με τη δική μας αρχική έρευνα να κατανοήσουμε τη φύση της σκοτεινής ύλης».

Πηγή: UC Irvine

Περισσότερα στις δημοσιεύσεις:
(1) Protophobic Fifth-Force Interpretation of the Observed Anomaly in Be8 Nuclear Transitions. Phys. Rev. Lett. 117, 071803.

(2) Particle Physics Models for the 17 MeV Anomaly in Beryllium Nuclear Decays.Προδημοσίευση στο arXiv:1608.03591.