Het universum wordt beheerst door vier fundamentele krachten: zwaartekracht, elektromagnetisme en de sterke en zwakke nucleaire krachten. Deze krachten sturen de beweging en het gedrag van alles wat we om ons heen zien. Dat is tenminste wat we denken. Maar de afgelopen jaren is er steeds meer bewijs voor een vijfde fundamentele kracht. Nieuw onderzoek heeft deze vijfde kracht niet ontdekt, maar het laat zien dat we deze kosmische krachten nog steeds niet volledig begrijpen.
De fundamentele krachten maken deel uit van het standaardmodel van de deeltjesfysica. Dit model beschrijft alle verschillende kwantumdeeltjes die we waarnemen, zoals elektronen, protonen, antimaterie en dergelijke. Quarks, neutrino's en het Higgs-deeltje maken allemaal deel uit van het model.
De term 'kracht' in het model is een beetje een verkeerde benaming. In het standaardmodel is elke kracht het resultaat van een type draagboson. Fotonen zijn het dragerboson voor elektromagnetisme. Gluonen zijn de dragende bosonen voor de sterken en de bosonen die bekend staan als W en Z zijn voor de zwakken. Zwaartekracht maakt technisch gezien geen deel uit van het standaardmodel, maar er wordt aangenomen dat kwantumzwaartekracht een boson heeft dat bekend staat als het graviton. We begrijpen kwantumzwaartekracht nog steeds niet volledig, maar een idee is dat zwaartekracht kan worden verenigd met het standaardmodel om een grootse, verenigde theorie te produceren (DARM).
Elk deeltje dat we ooit hebben ontdekt, maakt deel uit van het standaardmodel. Het gedrag van deze deeltjes komt uiterst nauwkeurig overeen met het model. We hebben gezocht naar deeltjes die verder gaan dan het standaardmodel, maar tot nu toe hebben we er nooit een gevonden. Het standaardmodel is een triomf van wetenschappelijk begrip. Het is het hoogtepunt van de kwantumfysica.
Maar we zijn begonnen te leren dat het een aantal ernstige problemen heeft.
Om te beginnen weten we nu dat het standaardmodel niet kan worden gecombineerd met zwaartekracht zoals we dachten. In het standaardmodel 'verenigen' de fundamentele krachten zich bij hogere energieniveaus. Elektromagnetisme en de zwakken gaan samen in de elektrozwakke, en de elektrozwakke verenigt zich met de sterke om de elektronucleaire kracht te worden. Bij extreem hoge energieën zouden de elektronucleaire en gravitatiekrachten moeten verenigen. Experimenten in de deeltjesfysica hebben aangetoond dat de verenigingsenergieën niet overeenkomen.
Problematischer is de kwestie van donkere materie. Eerst werd donkere materie voorgesteld om uit te leggen waarom sterren en gas aan de buitenrand van een sterrenstelsel sneller bewegen dan door de zwaartekracht werd voorspeld. Ofwel is onze theorie van de zwaartekracht op de een of andere manier verkeerd, ofwel moet er een onzichtbare (donkere) massa in sterrenstelsels zijn. In de afgelopen vijftig jaar is het bewijs voor donkere materie echt sterk geworden. We hebben gezien hoe donkere materie sterrenstelsels clustert, hoe het wordt verspreid binnen bepaalde sterrenstelsels en hoe het zich gedraagt. We weten dat het niet sterk interageert met gewone materie of zichzelf, en het vormt de meerderheid van de massa in de meeste sterrenstelsels.
Maar er is geen deeltje in het standaardmodel dat donkere materie zou kunnen uitmaken. Het is mogelijk dat donkere materie kan worden gemaakt van zoiets als kleine zwarte gaten, maar astronomische gegevens ondersteunen dat idee niet echt. Donkere materie is hoogstwaarschijnlijk gemaakt van een nog onontdekt deeltje, een die het standaardmodel niet voorspelt.
Dan is er donkere energie. Gedetailleerde waarnemingen van verre melkwegstelsels tonen aan dat het universum zich steeds sneller uitbreidt. Er lijkt een soort energie te zijn die dit proces aandrijft, en we begrijpen niet hoe. Het kan zijn dat deze versnelling het gevolg is van de structuur van ruimte en tijd, een soort kosmologische constante waardoor het heelal uitzet. Het kan zijn dat dit wordt aangedreven door een nieuwe kracht die nog moet worden ontdekt. Wat donkere energie ook is, ze maakt meer dan tweederde van het universum uit.
Dit alles wijst erop dat het standaardmodel op zijn best onvolledig is. Er zijn dingen die we fundamenteel missen in de manier waarop het universum werkt. Er zijn veel ideeën voorgesteld om het standaardmodel vast te leggen, van supersymmetrie tot nog niet ontdekte quarks, maar één idee is dat er een vijfde fundamentele kracht is. Deze kracht zou zijn eigen dragerboson (ten) hebben, evenals nieuwe deeltjes dan degene die we hebben ontdekt.
Deze vijfde kracht zou ook interageren met de deeltjes die we hebben waargenomen op subtiele manieren die in tegenspraak zijn met het standaardmodel. Dit brengt ons bij een nieuw document dat beweert bewijs te hebben van een dergelijke interactie.
Het artikel kijkt naar een anomalie in het verval van helium-4-kernen en bouwt voort op een eerdere studie van beryllium-8-verval. Beryllium-8 heeft een onstabiele kern die vervalt in twee kernen van helium-4. In 2016 ontdekte het team dat het verval van beryllium-8 het standaardmodel enigszins lijkt te schenden. Wanneer de kernen in een aangeslagen toestand verkeren, kan het een elektron-positronpaar uitzenden als het vervalt. Het aantal paren dat onder grotere hoeken wordt waargenomen is hoger dan het standaardmodel voorspelt en staat bekend als de Atomki-anomalie.
Er zijn veel mogelijke verklaringen voor de anomalie, inclusief experimentfout, maar een verklaring is dat het wordt veroorzaakt door boson, het team met de naam X17. Het zou het draagbos zijn voor een (nog onbekende) vijfde fundamentele kracht, met een massa van 17 MeV. In het nieuwe artikel ontdekte het team een vergelijkbare discrepantie in het verval van helium-4. Het X17-deeltje zou deze anomalie ook kunnen verklaren.
Hoewel dit opwindend klinkt, is er reden om voorzichtig te zijn. Als je naar de details van het nieuwe artikel kijkt, is er een beetje vreemde aanpassing van gegevens. Kortom, het team gaat ervan uit dat X17 nauwkeurig is en laat zien dat de gegevens kunnen worden aangepast aan hun model. Laten zien dat het een model is kan leg uit dat de afwijkingen niet hetzelfde zijn als het bewijzen van uw model doet leg de afwijkingen uit. Andere verklaringen zijn mogelijk. Als X17 bestaat, hadden we het ook in andere deeltjesexperimenten moeten zien, en dat hebben we niet gedaan. Het bewijs voor deze 'vijfde kracht' is erg zwak.
De vijfde kracht kan bestaan, maar we hebben hem nog niet gevonden. Wat we wel weten is dat het standaardmodel niet helemaal klopt, en dat betekent dat er een aantal zeer interessante ontdekkingen wacht om gevonden te worden.
Bron: Nieuw bewijs dat het bestaan van het hypothetische X17-deeltje ondersteunt, door Krasznahorkay, A. J., et al.
Bron: Observatie van abnormale interne paarvorming in be 8: een mogelijke indicatie van een licht, neutraal boson, door Krasznahorkay, A. J., et al.
