Per qualche tempo, i fisici hanno capito che tutti i fenomeni noti nell'Universo sono governati da quattro forze fondamentali. Questi includono forza nucleare debole, forza nucleare forte, elettromagnetismo e gravità. Mentre le prime tre forze di fanno tutti parte del Modello Standard della fisica delle particelle e possono essere spiegate attraverso la meccanica quantistica, la nostra comprensione della gravità dipende dalla Teoria della Relatività di Einstein.
Comprendere come queste quattro forze si incastrano è stato l'obiettivo della fisica teorica per decenni, che a sua volta ha portato allo sviluppo di più teorie che tentano di riconciliarle (ad esempio Super String Theory, Quantum Gravity, Grand Unified Theory, ecc.). Tuttavia, i loro sforzi possono essere complicati (o aiutati) grazie a nuove ricerche che suggeriscono che potrebbe esserci solo una quinta forza al lavoro.
In un articolo che è stato recentemente pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica, un gruppo di ricerca dell'Università della California, Irvine spiega come i recenti esperimenti di fisica delle particelle possano aver prodotto prove di un nuovo tipo di bosone. Apparentemente questo bosone non si comporta come fanno gli altri bosoni e potrebbe essere un'indicazione che esiste ancora un'altra forza della natura che governa le interazioni fondamentali.
Come ha affermato Jonathan Feng, professore di fisica e astronomia all'UCI e uno dei principali autori del documento:
"Se vero, è rivoluzionario. Da decenni conosciamo quattro forze fondamentali: la gravitazione, l'elettromagnetismo e le forze nucleari forti e deboli. Se confermata da ulteriori esperimenti, questa scoperta di una possibile quinta forza cambierebbe completamente la nostra comprensione dell'universo, con conseguenze per l'unificazione di forze e materia oscura ".
Gli sforzi che hanno portato a questa potenziale scoperta sono iniziati nel 2015, quando il team dell'UCI si è imbattuto in uno studio condotto da un gruppo di fisici nucleari sperimentali dell'Accademia ungherese di scienze per la ricerca nucleare. All'epoca, questi fisici stavano esaminando un'anomalia di decadimento radioattivo che suggeriva l'esistenza di una particella di luce 30 volte più pesante di un elettrone.
In un articolo che descrive la loro ricerca, la ricercatrice principale Attila Krasznahorka e i suoi colleghi hanno affermato che ciò che stavano osservando potrebbe essere la creazione di "fotoni oscuri". In breve, credevano di aver finalmente trovato prove della Materia Oscura, la massa misteriosa e invisibile che costituisce circa l'85% della massa dell'Universo.
Questo rapporto era in gran parte trascurato in quel momento, ma ha attirato l'attenzione diffusa all'inizio di quest'anno quando il Prof. Feng e il suo gruppo di ricerca l'hanno trovato e hanno iniziato a valutare le sue conclusioni. Ma dopo aver studiato i risultati delle squadre ungheresi e confrontati con i precedenti esperimenti, hanno concluso che le prove sperimentali non supportano l'esistenza di fotoni oscuri.
Invece, hanno proposto che la scoperta potesse indicare la possibile presenza di una quinta forza fondamentale della natura. Questi risultati sono stati pubblicati in aprile su ArXiv, a cui è seguito un articolo intitolato "Modelli di fisica delle particelle per l'anomalia dei 17 MeV nei decadimenti nucleari al berillio", pubblicato in PRL venerdì scorso.
In sostanza, il team UCI sostiene che invece di un fotone oscuro, ciò a cui il gruppo di ricerca ungherese avrebbe potuto assistere era la creazione di un bosone precedentemente sconosciuto - che hanno chiamato il "bosone X protofobico". Mentre altri bosoni interagiscono con elettroni e protoni, questo ipotetico bosone interagisce solo con elettroni e neutroni e solo a un intervallo estremamente limitato.
Si ritiene che questa interazione limitata sia la ragione per cui la particella è rimasta sconosciuta fino ad ora e perché gli aggettivi "fotobic" e "X" vengono aggiunti al nome. "Non c'è nessun altro bosone che abbiamo osservato che abbia la stessa caratteristica", ha affermato Timothy Tait, professore di fisica e astronomia all'UCI e coautore del documento. "A volte lo chiamiamo semplicemente" X bosone ", dove" X "significa sconosciuto."
Se esiste una tale particella, le possibilità di scoperte nella ricerca potrebbero essere infinite. Feng spera che possa unirsi alle altre tre forze che governano le interazioni delle particelle (forze nucleari elettromagnetiche, forti e deboli) come una forza più grande, più fondamentale. Feng ha anche ipotizzato che questa possibile scoperta potrebbe indicare l'esistenza di un "settore oscuro" del nostro universo, che è governato dalla propria materia e forze.
"È possibile che questi due settori si parlino e interagiscano tra loro attraverso interazioni un po 'velate ma fondamentali", ha affermato. "Questa forza del settore oscuro può manifestarsi come questa forza protofopica che stiamo vedendo come risultato dell'esperimento ungherese. In un senso più ampio, si adatta alla nostra ricerca originale per comprendere la natura della materia oscura ".
Se questo dovesse rivelarsi il caso, i fisici potrebbero essere più vicini a capire l'esistenza della materia oscura (e forse anche dell'energia oscura), due dei più grandi misteri dell'astrofisica moderna. Inoltre, potrebbe aiutare i ricercatori nella ricerca della fisica oltre il Modello standard, qualcosa di cui i ricercatori del CERN si sono preoccupati sin dalla scoperta del Bosone di Higgs nel 2012.
Ma come osserva Feng, dobbiamo confermare l'esistenza di questa particella attraverso ulteriori esperimenti prima di essere eccitati dalle sue implicazioni:
"La particella non è molto pesante e i laboratori hanno avuto le energie necessarie per produrla dagli anni '50 e '60. Ma il motivo per cui è stato difficile scoprire è che le sue interazioni sono molto deboli. Detto questo, poiché la nuova particella è così leggera, ci sono molti gruppi sperimentali che lavorano in piccoli laboratori in tutto il mondo che possono seguire le affermazioni iniziali, ora che sanno dove cercare ”.
Come il recente caso che ha coinvolto il CERN - in cui i team LHC sono stati costretti ad annunciare di averlo fatto non scoperto due nuove particelle - dimostra, è importante non contare i nostri polli prima che vengano posati. Come sempre, l'ottimismo cauto è l'approccio migliore per potenziali nuove scoperte.
