Durante algún tiempo, los físicos han entendido que todos los fenómenos conocidos en el Universo están gobernados por cuatro fuerzas fundamentales. Estos incluyen fuerza nuclear débil, fuerza nuclear fuerte, electromagnetismo y gravedad. Mientras que las tres primeras fuerzas son parte del Modelo Estándar de física de partículas, y pueden explicarse a través de la mecánica cuántica, nuestra comprensión de la gravedad depende de la Teoría de la Relatividad de Einstein.
Comprender cómo estas cuatro fuerzas se unen ha sido el objetivo de la física teórica durante décadas, lo que a su vez ha llevado al desarrollo de múltiples teorías que intentan conciliarlas (es decir, Teoría de Super Cuerdas, Gravedad Cuántica, Gran Teoría Unificada, etc.). Sin embargo, sus esfuerzos pueden ser complicados (o ayudados) gracias a una nueva investigación que sugiere que podría haber una quinta fuerza en el trabajo.
En un artículo publicado recientemente en la revista. Cartas de revisión física, un equipo de investigación de la Universidad de California, Irvine, explica cómo los recientes experimentos de física de partículas pueden haber arrojado evidencia de un nuevo tipo de bosón. Aparentemente, este bosón no se comporta como otros bosones, y puede ser una indicación de que existe otra fuerza de la naturaleza que gobierna las interacciones fundamentales.
Como Jonathan Feng, profesor de física y astronomía en la UCI y uno de los autores principales del artículo, dijo:
"Si es cierto, es revolucionario. Durante décadas, hemos conocido cuatro fuerzas fundamentales: la gravitación, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles. Si lo confirman otros experimentos, este descubrimiento de una posible quinta fuerza cambiaría por completo nuestra comprensión del universo, con consecuencias para la unificación de las fuerzas y la materia oscura ".
Los esfuerzos que llevaron a este posible descubrimiento comenzaron en 2015, cuando el equipo de la UCI encontró un estudio de un grupo de físicos nucleares experimentales del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia de Ciencias de Hungría. En ese momento, estos físicos estaban investigando una anomalía de desintegración radiactiva que insinuaba la existencia de una partícula de luz que era 30 veces más pesada que un electrón.
En un artículo que describe su investigación, el investigador principal Attila Krasznahorka y sus colegas afirmaron que lo que estaban observando podría ser la creación de "fotones oscuros". En resumen, creían que al fin podrían haber encontrado evidencia de Dark Matter, la masa misteriosa e invisible que constituye aproximadamente el 85% de la masa del Universo.
Este informe se pasó por alto en su momento, pero ganó una atención generalizada a principios de este año cuando el profesor Feng y su equipo de investigación lo encontraron y comenzaron a evaluar sus conclusiones. Pero después de estudiar los resultados de los equipos húngaros y compararlos con experimentos anteriores, concluyeron que la evidencia experimental no respaldaba la existencia de fotones oscuros.
En cambio, propusieron que el descubrimiento podría indicar la posible presencia de una quinta fuerza fundamental de la naturaleza. Estos hallazgos se publicaron en arXiv en abril, seguido de un artículo titulado "Modelos de física de partículas para la anomalía de 17 MeV en las caries nucleares de berilio", que se publicó en PRL el viernes pasado
Esencialmente, el equipo de UCI argumenta que, en lugar de un fotón oscuro, lo que el equipo de investigación húngaro pudo haber presenciado fue la creación de un bosón no descubierto previamente, al que denominaron "protón X protofóbico". Mientras que otros bosones interactúan con electrones y protones, este hipotético bosón interactúa solo con electrones y neutrones, y solo en un rango extremadamente limitado.
Se cree que esta interacción limitada es la razón por la cual la partícula ha permanecido desconocida hasta ahora, y por qué los adjetivos "fotóbico" y "X" se agregan al nombre. "No hay otro bosón que hayamos observado que tenga esta misma característica", dijo Timothy Tait, profesor de física y astronomía en la UCI y coautor del artículo. "A veces también lo llamamos" bosón X ", donde" X "significa desconocido".
Si existe tal partícula, las posibilidades de avances en la investigación podrían ser infinitas. Feng espera que pueda unirse con las otras tres fuerzas que gobiernan las interacciones de partículas (fuerzas nucleares electromagnéticas, fuertes y débiles) como una fuerza más grande y más fundamental. Feng también especuló que este posible descubrimiento podría señalar la existencia de un "sector oscuro" de nuestro universo, que se rige por su propia materia y fuerzas.
"Es posible que estos dos sectores se comuniquen e interactúen entre sí a través de interacciones algo veladas pero fundamentales", dijo. "Esta fuerza del sector oscuro puede manifestarse como esta fuerza protofópica que estamos viendo como resultado del experimento húngaro. En un sentido más amplio, encaja con nuestra investigación original para comprender la naturaleza de la materia oscura ".
Si este fuera el caso, los físicos podrían estar más cerca de descubrir la existencia de la materia oscura (y tal vez incluso la energía oscura), dos de los mayores misterios de la astrofísica moderna. Además, podría ayudar a los investigadores en la búsqueda de física más allá del Modelo Estándar, algo con lo que los investigadores del CERN han estado preocupados desde el descubrimiento del Bosón de Higgs en 2012.
Pero como señala Feng, debemos confirmar la existencia de esta partícula a través de más experimentos antes de que todos nos entusiasmemos con sus implicaciones:
"La partícula no es muy pesada, y los laboratorios han tenido las energías necesarias para fabricarla desde los años 50 y 60". Pero la razón por la que ha sido difícil de encontrar es que sus interacciones son muy débiles. Dicho esto, debido a que la nueva partícula es tan ligera, hay muchos grupos experimentales que trabajan en pequeños laboratorios de todo el mundo que pueden hacer un seguimiento de las afirmaciones iniciales, ahora que saben dónde buscar ".
Como el caso reciente que involucra al CERN, donde los equipos de LHC se vieron obligados a anunciar que tenían no descubrió dos nuevas partículas: demuestra que es importante no contar nuestros pollos antes de que sean posados. Como siempre, el optimismo cauteloso es el mejor enfoque para posibles nuevos hallazgos.
