Plottet tykner for en hypotetisk X17 -partikel

Nye beviser på en ukendt partikel, der kunne bære en femte naturkraft, giver NA64-samarbejdet på CERN et nyt incitament til at fortsætte søgninger.

I 2015, et hold videnskabsmænd opdagede en uventet fejl, eller "anomali", i en nuklear overgang, der kunne forklares med produktionen af ​​en ukendt partikel. Omkring et år senere, teoretikere foreslog, at den nye partikel kunne være bevis på en ny fundamental naturkraft, ud over elektromagnetisme, tyngdekraften og de stærke og svage kræfter. Resultaterne fangede verdensomspændende opmærksomhed og fik, blandt andre undersøgelser, en direkte søgning efter partiklen af ​​NA64-samarbejdet på CERN.

Et nyt papir fra det samme hold, ledet af Attila Krasznahorkay ved Atomki-instituttet i Ungarn, rapporterer nu endnu en anomali, i en lignende nuklear overgang, det kunne også forklares med den samme hypotetiske partikel.

Den første anomali opdaget af Krasznahorkays hold blev set i en overgang af beryllium-8 kerner. Denne overgang udsender en virtuel foton med høj energi, der omdannes til en elektron og dens antistof-modstykke, en positron. Undersøgelse af antallet af elektron-positron-par ved forskellige adskillelsesvinkler, forskerne fandt et uventet overskud af par ved en adskillelsesvinkel på omkring 140º. I modsætning, teori forudsiger, at antallet af par falder med stigende adskillelsesvinkel, uden overskud i en bestemt vinkel. Krasznahorkay og kolleger ræsonnerede, at overskuddet kunne fortolkes ved fremstilling af en ny partikel med en masse på omkring 17 millioner elektronvolt (MeV), "X17" partiklen, som ville forvandle sig til et elektron-positron-par.

Den seneste anomali rapporteret af Krasznahorkays team, i et papir, der endnu ikke er fagfællebedømt, er også i form af et overskud af elektron-positron-par, men denne gang er overskuddet fra en overgang af helium-4 kerner. "I dette tilfælde, overskuddet sker i en vinkel på 115º, men det kan også tolkes ved fremstilling af en partikel med en masse på ca. 17 MeV, "forklarede Krasznahorkay." Resultatet giver støtte til vores tidligere resultat og den mulige eksistens af en ny elementarpartikel, "tilføjer han.

Sergei Gninenko, talsmand for NA64-samarbejdet ved CERN, som ikke har fundet tegn på X17 i sin direkte søgning, siger:"Atomki-anomalierne kan skyldes en eksperimentel effekt, en atomfysisk effekt eller noget helt nyt såsom en ny partikel. For at teste hypotesen om, at de er forårsaget af en ny partikel, både en detaljeret teoretisk analyse af kompatibiliteten mellem beryllium-8 og helium-4 resultaterne såvel som uafhængig eksperimentel bekræftelse er afgørende."

NA64-samarbejdet søger efter X17 ved at affyre en stråle på titusindvis af milliarder af elektroner fra Super Proton Synchrotron-acceleratoren på et fast mål. Hvis X17 eksisterede, interaktionerne mellem elektronerne og kernerne i målet ville nogle gange producere denne partikel, som derefter ville transformere til et elektron -positronpar. Samarbejdet har indtil videre ikke fundet tegn på, at sådanne begivenheder fandt sted, men dets datasæt tillod dem at udelukke en del af de mulige værdier for styrken af ​​interaktionen mellem X17 og en elektron. Holdet opgraderer nu deres detektor til næste runde af søgninger, som forventes at være mere udfordrende, men samtidig mere spændende, siger Gninenko.

Blandt andre eksperimenter, der også kunne jage X17 i direkte søgninger, er LHCb-eksperimentet. Jesse Thaler, en teoretisk fysiker fra Massachusetts Institute of Technology, siger:"I 2023, LHCb-eksperimentet skulle være i stand til at foretage en endelig måling for at bekræfte eller afkræfte fortolkningen af ​​Atomki-anomalierne som opstået fra en ny fundamental kraft. I mellemtiden, eksperimenter som NA64 kan fortsat chippe væk ved de mulige værdier for den hypotetiske partikels egenskaber, og hver ny analyse medfører muligheden (hvor fjernt end den end er) for opdagelse."