L'universo è governato da quattro forze fondamentali: gravità, elettromagnetismo e forze nucleari forti e deboli. Queste forze guidano il movimento e il comportamento di tutto ciò che vediamo intorno a noi. Almeno questo è quello che pensiamo. Ma negli ultimi anni ci sono state prove crescenti di una quinta forza fondamentale. Una nuova ricerca non ha scoperto questa quinta forza, ma mostra che non riusciamo ancora a comprendere appieno queste forze cosmiche.
Le forze fondamentali fanno parte del modello standard della fisica delle particelle. Questo modello descrive tutte le varie particelle quantistiche che osserviamo, come elettroni, protoni, antimateria e simili. Quark, neutrini e il bosone di Higgs fanno tutti parte del modello.
Il termine "forza" nel modello è un po 'improprio. Nel modello standard, ogni forza è il risultato di un tipo di bosone portante. I fotoni sono il bosone portatore dell'elettromagnetismo. I gluoni sono i bosoni portatori dei forti e i bosoni noti come W e Z sono i deboli. La gravità non fa tecnicamente parte del modello standard, ma si presume che la gravità quantistica abbia un bosone noto come gravitone. Ancora non comprendiamo appieno la gravità quantistica, ma un'idea è che la gravità può essere unita al modello standard per produrre una teoria unificata grande (INTESTINO).
Ogni particella che abbiamo mai scoperto fa parte del modello standard. Il comportamento di queste particelle corrisponde in modo estremamente preciso al modello. Abbiamo cercato particelle oltre il modello standard, ma finora non ne abbiamo mai trovate. Il modello standard è un trionfo della comprensione scientifica. È l'apice della fisica quantistica.
Ma abbiamo iniziato a sapere che ha alcuni seri problemi.
Per cominciare, ora sappiamo che il modello standard non può combinarsi con la gravità nel modo in cui pensavamo. Nel modello standard, le forze fondamentali "unificano" a livelli di energia più elevati. L'elettromagnetismo e il debole si combinano nell'elettrodebolo e l'elettrodebolo si unisce al forte per diventare la forza elettronucleare. A energie estremamente elevate le forze elettronucleari e gravitazionali dovrebbero unificarsi. Esperimenti di fisica delle particelle hanno dimostrato che le energie di unificazione non coincidono.
Più problematico è il problema della materia oscura. La materia oscura è stata inizialmente proposta per spiegare perché le stelle e il gas sul bordo esterno di una galassia si muovono più velocemente di quanto previsto dalla gravità. O la nostra teoria della gravità è in qualche modo sbagliata, o ci deve essere una massa invisibile (oscura) nelle galassie. Negli ultimi cinquant'anni, le prove della materia oscura sono diventate davvero forti. Abbiamo osservato come la materia oscura raggruppa le galassie insieme, come viene distribuita all'interno di particolari galassie e come si comporta. Sappiamo che non interagisce fortemente con la materia normale o con se stesso e costituisce la maggior parte della massa nella maggior parte delle galassie.
Ma non ci sono particelle nel modello standard che potrebbero costituire la materia oscura. È possibile che la materia oscura possa essere fatta di qualcosa come piccoli buchi neri, ma i dati astronomici non supportano davvero quell'idea. Molto probabilmente la materia oscura è fatta di alcune particelle ancora da scoprire, una che il modello standard non prevede.
Poi c'è energia oscura. Osservazioni dettagliate di galassie distanti mostrano che l'universo si sta espandendo a un ritmo sempre crescente. Sembra che ci sia una sorta di energia che guida questo processo e non capiamo come. Potrebbe essere che questa accelerazione sia il risultato della struttura dello spazio e del tempo, una sorta di costante cosmologica che fa espandere l'universo. Potrebbe essere che questo sia guidato da una nuova forza ancora da scoprire. Qualunque sia l'energia oscura, costituisce più di due terzi dell'universo.
Tutto ciò indica il fatto che il modello standard è, nella migliore delle ipotesi, incompleto. Ci sono cose che ci mancano fondamentalmente nel modo in cui l'universo funziona. Molte idee sono state proposte per fissare il modello standard, dalla supersimmetria ai quark ancora da scoprire, ma un'idea è che esiste una quinta forza fondamentale. Questa forza avrebbe il suo bosone (i) portante e nuove particelle oltre a quelle che abbiamo scoperto.
Questa quinta forza interagirebbe anche con le particelle che abbiamo osservato in modi sottili che contraddicono il modello standard. Questo ci porta a un nuovo documento in cui si afferma di avere prove di tale interazione.
Il documento esamina un'anomalia nel decadimento dei nuclei di elio-4 e sviluppa uno studio precedente sui decadimenti del berillio-8. Il berillio-8 ha un nucleo instabile che decade in due nuclei di elio-4. Nel 2016 il team ha scoperto che il decadimento del berillio-8 sembra violare leggermente il modello standard. Quando i nuclei si trovano in uno stato eccitato, possono emettere una coppia elettrone-positrone mentre decade. Il numero di coppie osservate ad angoli maggiori è superiore alle previsioni del modello standard ed è noto come anomalia Atomki.
Ci sono molte possibili spiegazioni per l'anomalia, incluso l'errore dell'esperimento, ma una spiegazione è che è causata dal bosone il team chiamato X17. Sarebbe il bosone portatore di una quinta forza fondamentale (ancora sconosciuta), con una massa di 17 MeV. Nel nuovo documento, il team ha riscontrato una discrepanza simile nel decadimento dell'elio-4. La particella X17 potrebbe anche spiegare questa anomalia.
Anche se questo sembra eccitante, c'è motivo di essere cauti. Quando guardi i dettagli del nuovo documento, ci sono un po 'di modifiche ai dati strani. Fondamentalmente, il team presume che X17 sia accurato e mostra che i dati possono essere fatti per adattarsi al loro modello. Mostrando che un modello può spiegare che le anomalie non sono le stesse di provare il tuo modello fa spiegare le anomalie. Altre spiegazioni sono possibili. Se X17 esiste, avremmo dovuto vederlo anche in altri esperimenti di particelle, e non l'abbiamo fatto. Le prove di questa "quinta forza" sono veramente deboli.
La quinta forza potrebbe esistere, ma non l'abbiamo ancora trovata. Quello che sappiamo è che il modello standard non si somma del tutto e ciò significa che alcune scoperte molto interessanti sono in attesa di essere trovate.
Fonte: Nuove prove a sostegno dell'esistenza dell'ipotetica particella X17, di Krasznahorkay, A. J., et al.
Fonte: L'osservazione della creazione di una coppia interna anomala è 8: una possibile indicazione di un bosone leggero e neutro, di Krasznahorkay, A. J., et al.
