Universum styrs av fyra grundläggande krafter: gravitation, elektromagnetism och de starka och svaga kärnkrafterna. Dessa krafter driver rörelsen och beteendet för allt vi ser runt oss. Åtminstone det är vad vi tror. Men under de senaste åren har det ökat bevis på en femte grundkraft. Ny forskning har inte upptäckt denna femte kraft, men den visar att vi fortfarande inte helt förstår dessa kosmiska krafter.
De grundläggande krafterna är en del av standardmodellen för partikelfysik. Denna modell beskriver alla olika kvantpartiklar som vi observerar, till exempel elektroner, protoner, antimateria och liknande. Kvarkar, neutrino och Higgs-boson är alla en del av modellen.
Begreppet "kraft" i modellen är lite av en felaktig anförande. I standardmodellen är varje kraft resultatet av en typ av bärbusson. Fotoner är bäraren för elektromagnetism. Gluoner är bärarbosoner för de starka, och bosoner kända som W och Z är för de svaga. Gravity är inte tekniskt del av standardmodellen, men det antas att kvanttyngd har en boson som kallas graviton. Vi förstår fortfarande inte helt kvanttyngd, men en idé är att tyngdkraften kan förenas med standardmodellen för att producera en storslagen enhetlig teori (MAGE).
Varje partikel som vi någonsin har upptäckt är en del av standardmodellen. Beteendet hos dessa partiklar matchar modellen extremt exakt. Vi har letat efter partiklar utöver standardmodellen, men hittills har vi aldrig hittat några. Standardmodellen är en triumf för vetenskaplig förståelse. Det är kvantfysikens topp.
Men vi har börjat lära oss att det har några allvarliga problem.
Till att börja med vet vi nu att standardmodellen inte kan kombinera med tyngdkraft på det sätt som vi trodde. I standardmodellen "förenas" de grundläggande krafterna vid högre energinivåer. Elektromagnetism och de svaga kombineras i electroweak, och elektroweak förenas med den starka för att bli den elektronukleära kraften. Vid extremt höga energier bör de elektronukleära krafterna och gravitationskraften förena Experiment inom partikelfysik har visat att enhetsenergierna inte matchar.
Mer problematiskt är frågan om mörk materia. Mörk materia föreslogs först för att förklara varför stjärnor och gas på ytterkanten av en galax rör sig snabbare än förutsagt av gravitationen. Antingen är vår teori om tyngdkraft på något sätt fel, eller så måste det finnas någon osynlig (mörk) massa i galaxer. Under de senaste femtio åren har bevisen för mörk materia blivit riktigt starka. Vi har observerat hur mörk materia kluster galaxer tillsammans, hur den distribueras inom speciella galaxer och hur den beter sig. Vi vet att det inte interagerar starkt med vanlig materia eller sig själv, och det utgör huvuddelen av massan i de flesta galaxer.
Men det finns ingen partikel i standardmodellen som kan utgöra mörk materia. Det är möjligt att mörk materia kan vara gjord av något som små svarta hål, men astronomiska data stöder inte riktigt den idén. Mörkmaterial är troligtvis gjord av någon ännu oupptäckt partikel, en standardmodellen förutspår inte.
Sedan finns det mörk energi. Detaljerade observationer av avlägsna galaxer visar att universum expanderar i en allt större takt. Det verkar finnas någon form av energi som driver denna process, och vi förstår inte hur. Det kan vara så att denna acceleration är ett resultat av strukturen i rum och tid, en slags kosmologisk konstant som får universum att expandera. Det kan vara så att detta drivs av någon ny kraft som ännu inte har upptäckts. Oavsett mörk energi utgör den mer än två tredjedelar av universum.
Allt detta pekar på det faktum att standardmodellen i bästa fall är ofullständig. Det finns saker som vi saknar i grunden på universums sätt. Många idéer har föreslagits för att fixa standardmodellen, från supersymmetri till ännu oupptäckta kvarkar, men en idé är att det finns en femte grundkraft. Denna kraft skulle ha sina egna bärande boson (er) såväl som nya partiklar utöver de vi har upptäckt.
Denna femte kraft skulle också interagera med de partiklar som vi har observerat på subtila sätt som strider mot standardmodellen. Detta för oss till en ny artikel som hävdar att vi har bevis på en sådan interaktion.
Uppsatsen tittar på en anomali i förfallet av helium-4-kärnor, och det bygger på en tidigare studie av beryllium-8-sönderfall. Beryllium-8 har en instabil kärna som sönderfaller i två kärnor av helium-4. 2016 fann teamet att förfallet av beryllium-8 verkar bryta mot standardmodellen något. När kärnorna är i ett upphetsat tillstånd kan det avge ett elektron-positronpar när det sönderfaller. Antalet par som observerats vid större vinklar är högre än vad standardmodellen förutspår och kallas Atomki-anomalin.
Det finns många möjliga förklaringar till avvikelsen, inklusive experimentfel, men en förklaring är att det orsakas av bosonet som heter X17. Det skulle vara bärarbosonen för en (men okänd) femte grundkraft, med en massa på 17 MeV. I den nya uppsatsen fann teamet en liknande skillnad i förfallet av helium-4. X17-partikeln kan också förklara denna anomali.
Även om detta låter spännande, finns det anledning att vara försiktig. När du tittar på detaljerna i det nya uppsatsen finns det lite udda uppdateringar. I princip antar teamet att X17 är korrekt och visar att data kan göras så att de passar deras modell. Visar att en modell kan förklara att anomalierna inte är samma sak som att bevisa din modell gör förklara avvikelserna. Andra förklaringar är möjliga. Om X17 existerar, borde vi också ha sett det i andra partikelexperiment, och det har vi inte. Beviset för denna ”femte kraft” är verkligen svag.
Den femte styrkan kunde existera, men vi hittade den inte ännu. Vad vi vet är att standardmodellen inte helt lägger till, och det betyder att några mycket intressanta upptäckter väntar på att bli hittade.
Källa: Nytt bevis som stöder förekomsten av den hypotetiska X17-partikeln av Krasznahorkay, A. J., et al.
Källa: Observation av anomala interna parskapande i 8: En möjlig indikation på en lätt, neutral boson, av Krasznahorkay, A. J., et al.
