Kan en X17 -partikel antyde en femte kraft i universet?

Det er den vigtigste kvartet inden for videnskab. Så vidt nogen har kunnet bevise, universet styres af fire "grundlæggende kræfter" - tyngdekraften, elektromagnetisme, den stærke kraft og den svage kraft. Måske er de ikke alene. I 2015, et ungarsk team ledet af fysikeren Attila Krasznahorkay opdagede efter sigende nye beviser for en femte grundlæggende kraft - noget som tidligere ikke var kendt for videnskaben.

Gruppen uploadede endnu et papir om emnet til arXiv (en forskningsdatabase) 23. oktober, 2019. Mens mange forskere er skeptiske over for disse fund, forskningen giver os en lejlighed til at tale om de store kræfter, vi alle tager for givet.

Fab Four

Grundlæggende kræfter er ureducerbare, hvilket betyder, at de ikke kan opdeles i andre, mere grundlæggende kræfter. Disse er kernefænomenerne bag alle andre kendte former for fysisk interaktion. For eksempel, friktion, spænding og elasticitet er alle afledt af elektromagnetisme.

Og hvad er det, du spørger? Elektromagnetisme er en kraft, der påvirker alle positivt og negativt ladede partikler. Dem med modsatte ladninger tiltrækker, mens dem, der bærer "lignende" afgifter, afviser hinanden. Dette princip holder ikke kun magneter på dit køleskab, men det er også grunden til, at faste objekter er i stand til at bevare deres former.

Sammenlignet med elektromagnetisme, tyngdekraften er temmelig svag. Overraskende nok, det er faktisk det svageste af de fire grundlæggende-herunder den såkaldte "svage kraft". (Det kommer vi til om lidt.) For nu, lad os vende os til den passende navngivne stærke kraft. Det er det, der holder atomkerner sammen, selv på trods af deres ladede protoner, som konstant forsøger at flygte.

Sidst, men ikke mindst, der er den svage kraft (alias:den "svage interaktion"). Ved at transformere partikler, det letter radiometrisk dating, en proces forskere bruger til at bestemme alder af fossiler og artefakter. Åh, og vidste du, at den svage kraft driver solen? Sådan en stor ting det.

Gør mening om det hele

Forskere har en teori, der pænt beskriver tre af disse kræfter. Kendt som standardmodellen for fysik, den består af forskellige målinger og matematiske formler. Det opdeler også elementarpartikler i kategorier og underkategorier.

"Fysikkens standardmodel (SM) er den nuværende ramme for at beskrive den subatomære verden ved alle energier, "MIT-fysiker Richard Milner siger i en e-mail." Det blev udviklet efter Anden Verdenskrig, og jeg tæller mindst 18 nobelpriser i fysik siden 1950, der er blevet tildelt for bidrag til dets udvikling. "

Som alle gode teorier, Standardmodellen har præcist forudsagt adskillige videnskabelige gennembrud, herunder opdagelsen af ​​den undvigende Higgs bosonpartikel 4. juli, 2012.

Men det besvarer ikke alle spørgsmål. Standardmodellen giver ingen forklaring på tyngdekraften, og den har ikke bragt forskere tættere på at forstå mørkt stof, en mystisk ingrediens, der udgør omkring 27 procent af vores univers.

Jagten på partikel X17

Her kommer Krasznahorkay og virksomheden ind. Under et eksperiment fra 2015 på det ungarske videnskabsakademis institut for atomforskning, de så spændte Beryllium-8-atomer henfalde inde i en partikelaccelerator. Normalt, denne proces frigiver lys - som senere omdannes til elektroner og positroner (en type subatomær partikel med en positiv ladning).

Helt sikkert, det er hvad der skete. Men så blev tingene interessante. Normalt henfalder Beryllium-8 på en forudsigelig måde, men et underligt højt antal af disse elektroner og positroner frastødte hinanden i en 140 graders vinkel.

For at forklare overskuddet, Krasznahorkays team argumenterede for, at en aldrig før set partikel var blevet dannet, da atomerne forfaldt. Ved deres beregninger, dette teoretiske, subatomære legeme ville have en masse på omkring 17 millioner elektronvolt. De gik videre og kaldte det "X17" -partiklen.

Nu, X17 kommer igen med nyhederne. For nylig, de samme ungarske forskere opdagede en anomali i forfaldne prøver af Helium-4. Ifølge deres arXiv -papir, et uforudsete overskud af positroner og elektroner blev frigivet - muligvis fordi der blev skabt endnu en X17 -partikel.

Hvis denne mystiske partikel eksisterer, det kan være noget helt særligt. Måske - bare måske - det er en nyfundet bærer boson.

Sagen er ikke afsluttet

Bosoner spinder partikler, der sandsynligvis mangler intern struktur. De er kendt for at bære kræfter, hvilket gør dem til en integreret del af standardmodellen.

Under standardmodellen, Milner forklarer, "kræfter finder sted ved udveksling af" bærer "bosoner" mellem andre subatomære partikler. Det siges, at hver af de fire grundlæggende kræfter har sin egen tilsvarende boson. Den, der transporterer tyngdekraften, er ikke fundet endnu, men bærerbosoner forbundet med stærk kraft, svag kraft og elektromagnetisme er veldokumenterede.

Formentlig, X17 ville være bærer boson for en femte grundlæggende kraft, vi aldrig vidste eksisterede. Og måske er kraften på en eller anden måde relateret til mørkt stof.

Men vi går foran os selv. Du ser, der er intet hårdt bevis på, at X17 eksisterer i første omgang. Den Europæiske Organisation for Kernforskning - bedre kendt som CERN - har endnu ikke fundet spor af partiklen. Og det nye arXiv -papir venter stadig på peer review fra andre forskere.

"Uafhængige grupper skal udføre forsøg for at fastslå eksistensen af ​​X17. Det ungarske eksperiment bør gentages, "skriver Milner. Han og hans kolleger har udtænkt et forslag om at forsøge at generere X17 -partikler i et" spredningseksperiment "ved Thomas Jefferson National Accelerator -anlægget i Newport News, Virginia.

På nuværende tidspunkt, Standardmodellen tager ikke højde for nye fundamentale kræfter. Så hvis X17 og den "femte kraft", den angiveligt bærer, er ægte, vi bliver nødt til at ændre den gode gamle SM. I hvert fald, det er klart, at den subatomære verden stadig er fyldt med hemmeligheder.

På aprilsnarens dag, 2018, CERN annoncerede opdagelsen af ​​en (fiktiv) "Humpty Dumpty" partikel. I en falsk pressemeddelelse, en kilde hævdede "Det tog os noget tid at afvikle dataene, men med solsiden opad knækkede vi dem. Dette resultat var ikke for let at opnå ... På et tidspunkt, vi trådte på æggeskaller for at forhindre andre samarbejde i at krybbe dataene. "