NAUKA I ASTRONOMIA

Piąta siła natury? Świetlna cząstka może być kluczem do rozumienia ciemnej materii we Wszechświecie

Najnowsze wyniki badań wskazują na możliwe odkrycie wcześniej nie znanej subatomowej cząsteczki. Według dokumentów publikowanych przez Physical Review Letters, może być to dowód na istnienie piątej podstawowej siły natury. Opracowania dokonali fizycy teoretyczni z University of California, Irvine (UCI).

„Jeśli jest to prawda, to jest to rewolucyjne odkrycie”, powiedział Jonathan Feng – profesor fizyki i astronomii. „Od dekad znamy cztery siły przyrody – oddziaływanie grawitacyjne, oddziaływanie elektromagnetyczne oraz oddziaływanie silne i słabe. Jeśli zostanie to potwierdzone w dalszych eksperymentach, to odkrycie ewentualnej piątej siły zmieni nasze rozumienie całego Wszechświata wraz z konsekwencjami dla zunifikowanych sił oraz ciemnej materii”.

Badacze UCI natknęli się na badania przeprowadzone w połowie 2015 w Węgierskiej Akademii Nauk z zakresu fizyki nuklearnej. Celem badań było odnalezienie „ciemnych fotonów”, cząstek, które potwierdziłyby istnienie niewidzialnej ciemnej materii, która – wg fizyków – stanowi 85% masy Wszechświata. Pracę Węgrów odkryły radioaktywną anomalię, która sugeruje istnienie cząstki światła zaledwie 30 razy cięższej od elektronu.

„Wówczas wyniki nie były w stanie jednoznacznie powiedzieć, że mamy do czynienia z nową siłą”, mówi Feng. „Po prostu zobaczyli nadmiar wydarzeń, które sugerowały istnienie nowej cząstki, ale nie było jasne czy to cząstka materii czy cząstka przenosząca siłę”.

Grupa naukowców z UCI po przestudiowaniu węgierskich badań, a także innych prac związanych z podobnymi eksperymentami, wykazała, że dowody nie są korzystne zarówno dla cząsteczek materii, jak i ciemnych fotonów.

Zaproponowano zatem nową teorię, która łączy wszystkie dostępne dane i sugeruje, że odkrycie to może ukazywać nam piątą podstawową siłę. Wstępna analiza została opublikowana w kwietniu tego roku w osławionym czasopiśmie arXiv. Poprawione i wzmocnione wnioski ukazały się w zeszły piątek, również na serwerach tego samego periodyku.

Prace UCI wykazały, że cząsteczka ta zamiast być ciemnym fotonem, może być „protofobicznym bozonem X”. Kiedy normalna siła elektryczna działa na elektrony i protony, to nowo odkryty bozon wchodzi w interakcję tylko z elektronami i neutronami – a i to w dodatku w bardzo ograniczony sposób. Współautor rzeczonej analizy, Timothy Tait, profesor fizyki i astronomii powiedział: „Nie ma innego bozonu, jaki zaobserwowaliśmy, który miałby podobną charakterystykę. Czasami mówimy na niego „bozon X”, gdzie „X” oznacza po prostu niewiadomą”.

Feng przyznaje, że dalsze eksperymenty są wręcz konieczne. „Cząsteczka nie jest bardzo ciężka, a energia potrzebna do jej stworzenia była w zasięgu laboratoriów już w latach 50. czy 60. Jednakże powodem, że tak trudno było go znaleźć jest fakt, że jego interakcje są bardzo słabe. Nowa cząsteczka jest tak lekka, że wiele grup naukowych, nawet w małych laboratoriach, wie teraz gdzie szukać tego bozonu”.

Podobnie jak wiele innych przełomów naukowych, tak i ten otwiera zupełnie nowe obszary badań i pytań.

Jednym z kierunków, które intrygują Fenga, jest zbadanie możliwości czy ta potencjalna piąta siła może być połączona z oddziaływaniem elektromagnetycznym, silnym i słabym, jako „przejaw jednej, wspanialszej i bardziej fundamentalnej siły”.

Powołując się na rozumienie przez fizyków standardowego modelu, Feng spekuluje czy może istnieć cały osoby – ciemny – sektor wraz ze swoją materią i siłami. „Możliwe jest, że te dwa sektory rozmawiają ze sobą i są ze sobą w interakcji poprzez nieco zawoalowane, ale mimo wszystko fundamentalne oddziaływania”, stawia tezę naukowiec. „Ten mroczny sektor sił może się manifestować właśnie poprzez protofobiczne siły, które zauważamy jako rezultat węgierskich eksperymentów. W szerszym znaczeniu, teza ta pasuje do naszych pierwszych badań mających na celu zrozumienie natury ciemnej materii”. Może wkrótce dowiemy się co trzyma razem na przykład galaktyki spiralne jak NGC 6814. Na pewno jeszcze wiele przed nami odkryje Wszechświat, zatem warto entuzjastycznie patrzeć na dalszy rozwój nauki.

W badaniach wziął również naukowiec polskiego pochodzenia – Bartosz Fornal (postdoctoral scholar na UCI), absolwent fizyki teoretycznej na California Institute of Technology – Caltech.

Źródło: University of California – Irvine, Physical Review Letters Grafika: Wikipedia

O autorze...

Alan O. Grinde

Alan O. Grinde

Animator i manager kultury. Rzecznik prasowy Fundacji Rozwoju Indywidualnego "Praca Moc Energia". Lektor i właściciel Studio Frequency Institute. Basista i programista w Epilepsy Injection Device oraz kilku innych projektach.