Hebben Wetenschappers Ontdekt dat er een Vijfde Kracht?

0
36

In de natuurkunde weten we van de vier fundamentele krachten die uit onze interactie met de wereld om ons heen. Onderzoek kan worden om ons dichter bij de naamgeving van een meer. Maar wat betekent dit allemaal?

De vier fundamentele krachten

Dit zijn de vier bekende natuurkrachten.

  1. De zwaartekracht houdt de voeten op de grond en onze planeet in een baan rond de ster. Maar als de zwaartekracht werkt op oneindige afstanden—, en dus bepaalt de bewegingen van zwarte gaten en de hele sterrenstelsels—het is ook veruit de zwakste van de vier krachten.
  2. De sterke kracht heeft atoomkernen samen. Net zoals de naam al doet vermoeden, het is ~1038 keer sterker is dan de zwaartekracht—dat is 1 met 38 nullen. Echter, het werkt alleen over een bereik van een femtometer, of over de grootte van een van die kernen.
  3. De zwakke kracht, die is nog steeds 1 miljoen keer sterker is dan de zwaartekracht, is verantwoordelijk voor het radioactief verval van atomen.
  4. De elektromagnetische kracht regelt de mogelijkheid van de kosten voor het aantrekken en afstoten van elkaar.

Elke kracht wordt overgebracht door een boodschapper deeltje, een soort elementair deeltje wel een boson, dat maakt zijn aanwezigheid bekend. Voor de elektromagnetische kracht, deze zogenaamde force carrier-deeltje is het licht deeltje genoemd, de foton. Gluonen zijn de kracht vervoerder deeltjes die “lijm” kernen met elkaar via de sterke kracht. De zwakke kracht heeft drie bekende vervoerder deeltjes genoemd W-en Z-bosonen.

Het Standaard Model of de theorie dat trekt al deze stukjes bij elkaar te leggen hoe de materie en de vier fundamentele krachten op elkaar inwerken, werken en verklaart veel van ons heelal zoals we nu waarnemen. De theorie is uitvoerig getest en wordt ondersteund door een veelheid van waarnemingen, maar er zijn nog een paar ontbrekende stukjes die nodig zijn om deze taak te voltooien. Voor starters, het graviton, de vervoerder deeltje voor de zwaartekracht, is puur theoretisch. Zo ver is het nog niet gevonden. Het Standaard Model ook niet uitleggen donkere materie, de nog-niet-gedetecteerde stof die er voor zorgt 27 procent van het heelal.

Theoretici hebben voorgestelde toevoegingen aan de Standaard uitvoering, zoals het bestaan van wat zij noemen ‘ de donkere, fotonen,”exotische deeltjes die kunnen fungeren als de drager van deeltjes voor een nieuwe kracht, die alleen geldt voor donkere materie. Deze donkere fotonen wat Dr. Attila Krasznahorkay bij het Instituut voor Nucleair Onderzoek naar de hongaarse Academie van Wetenschappen en zijn medewerkers waren na toen ze in plaats daarvan gevonden wat sommigen noemen het bewijs voor een mogelijke vijfde kracht.

Vijfde kracht déjà vu

Nu, dit is niet de eerste keer dat Dr. Krasznahorkay in het nieuws is geweest. Terug in 2016, hij en medewerkers de resultaten gepubliceerd van een andere donkere foton zoeken.

Hier is hoe het werkt. Het aantal protonen in een atoomkern bepaalt welk element u hebt, en elk element heeft de neiging om een standaard aantal neutronen. Maar een atoom kan soms verliest een paar neutronen of pak in een paar extra. Die neutron-licht of neutron-zware atomen, de zogenaamde isotopen, kan instabiel zijn, in de zin dat ze het verval gemakkelijk terug in de meer stabiele vorm van het element met het standaard aantal neutronen. In dat verval van het proces, hebben ze de neiging uit te stralen op andere deeltjes.

Dus in de hongaarse lab, de wetenschappers gemaakt instabiele kernen, zodat deze kernen zou dan verval, mogelijk de vorming van nieuwe deeltjes in het proces. Terug in 2016, ze gemaakt beryllium-8 kernen—die zijn beryllium kernen die een neutron met een protonversneller door te streven high-speed protonen op een dunne laag van de lithium-7. De onstabiele beryllium-8 dan snel vervallen in een elektron-positron paren.

Deze nieuwe boson niet lijken te worden van de donkere foton ze op zoek waren naar—het niet hebben van de juiste eigenschappen, maar het was een potentiële nieuwe deeltje toch.

Maar er zijn meer van deze paren zijn dan voorspeld, wat suggereert dat andere mysterie deeltje wordt gemaakt en vervolgens dat deeltje is vervallen in deze extra elektron-positron paren. Deze nieuwe boson niet lijken te worden van de donkere foton ze op zoek waren naar—het niet hebben van de juiste eigenschappen, maar het was een potentiële nieuwe deeltje toch.

Ervan uitgaande dat het resultaat echt was en niet is te wijten aan een soort van experimentele fout, het deeltje zou een massa hebben slechts 34 keer de massa van een elektron of een energie van 17 MeV (mega-elektronvolt), die vrij licht als deeltjes gaan. Dus het is wel de X17-boson.

Hun rapporten van een nieuw deeltje werden meestal over het hoofd gezien, tot een AMERIKAANSE groep hebben hun eigen analyse. De groep, geleid door Dr. Jonathan Feng van de Universiteit van Californië, Irvine, stelde het deeltje had alle kenmerken van een force carrier deeltje en zou dus, in feite, het bewijs van een vijfde kracht. Het deeltje ontsnapt detectie zo ver, want het is “protophobic”—interactie met neutronen en negeert protonen, het tegenovergestelde van hoe een normale foton handelingen.

Meer fifth force bewijs?

In een poging om het vinden van het deeltje weer, de hongaarse wetenschappers in hun meest recente experiment is ontslagen protonen op tritium, een zeldzame isotoop van waterstof tot helium-4 kernen, die worden opgewekt tot een instabiele toestand. Wanneer de onstabiele kernen vervallen ze weer zag meer elektron-positron paren dan voorspeld door het Standaard Model dat stelde de aanwezigheid van een boson met een energie van 17 MeV (mega-elektronvolt).

Dus is dit het onweerlegbare bewijs van een vijfde kracht? Sommige wetenschappers zijn nog steeds sceptisch. Voor starters, het signaal is een kleine, slechts zeven maal de standaardafwijking, dus experimentele fout is nog steeds mogelijk. Sommigen suggereren voorzichtig met de resultaten voordat ze worden herhaald met een andere groep, die erop wijst dat de hongaarse groep heeft gemaakt vorderingen van andere bosonen in het verleden en later verlaten die vorderingen zonder een grondige uitleg. Maar ook andere groepen hebben gekeken voor mogelijke problemen met hun experimentele setup en heb niet gevonden. En deze tweede mogelijke detectie van dezelfde X17-boson is beslist op de vordering meer robuust.

Het oproepen van woorden uit de astronoom Carl Sagan, buitengewone beweringen hebben de neiging om te vereisen buitengewoon bewijs. Het herschikken van het Standaard Model een extra kracht zou mooi zijn. Waarom heeft het ondergedoken voor zo lang? Welke soorten van interacties is het toezicht?

Onze detector technologie van vandaag is goed genoeg, dat, althans voor wat betreft de X17-boson is betrokken, wordt dit een buitengewoon bewijs bij de hand te hebben. Dus laten we het zoeken.