במשך זמן מה, הפיזיקאים הבינו שכל התופעות הידועות ביקום נשלטות על ידי ארבעה כוחות יסודיים. אלה כוללים כוח גרעיני חלש, כוח גרעיני חזק, אלקטרומגנטיות וכוח כוח. בעוד שלושת הכוחות הראשונים של כולם הם חלק מהמודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, וניתן להסבירם באמצעות מכניקת הקוונטים, הבנתנו את כוח הכבידה תלויה בתיאוריית היחסות של איינשטיין.
ההבנה כיצד ארבעת הכוחות הללו משתלבים זה בזה, הייתה מטרתה של הפיזיקה התיאורטית במשך עשרות שנים, אשר בתורו הובילה להתפתחות של תיאוריות מרובות שמנסות ליישב ביניהן (כלומר תיאוריית מיתרי העל, כוח הכבידה, התיאוריה הגדולה המאוחדת וכו '). עם זאת, המאמצים שלהם עשויים להיות מסובכים (או עזרו) בזכות מחקרים חדשים המרמזים שייתכן שיהיה כוח חמישי בעבודה.
בעיתון שפורסם לאחרונה בכתב העת מכתבי ביקורת גופנית, צוות מחקר מאוניברסיטת קליפורניה, אירווין מסבירה כיצד ניסויים בפיזיקת החלקיקים האחרונים עשויים להניב עדויות לסוג חדש של בוסון. נראה כי בוזון זה אינו מתנהג כמו בוזונים אחרים, ויכול להיות אינדיקציה לכך שישנו עוד כוח טבע בחוץ הקשור לאינטראקציות יסודיות.
כפי שאמר ג'ונתן פנג, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה ב- UCI ואחד המחברים הראשיים בעיתון:
"אם נכון, זה מהפכני. ידענו במשך עשרות שנים על ארבעה כוחות יסוד: כוח משיכה, אלקטרומגנטיות וכוחות גרעיניים חזקים וחלשים. אם יאושר על ידי ניסויים נוספים, גילוי זה של כוח חמישי אפשרי ישנה לחלוטין את הבנתנו את היקום, עם השלכות על איחוד הכוחות והחומר האפל. "
המאמצים שהובילו לגילוי פוטנציאלי זה החלו עוד בשנת 2015, כאשר צוות UCI נתקל במחקר שנערך על ידי קבוצה של פיסיקאים גרעיניים ניסויים מהמכון האקדמי למדעים ההונגריים למחקר גרעיני. באותה העת, פיסיקאים אלה בדקו אנומליה של ריקבון רדיואקטיבי שרמזה על קיומו של חלקיק אור כבד פי 30 מאלקטרון.
במאמר המתאר את מחקריהם טענו החוקרים הראשיים אטילה קרשנהורקה וחבריו כי מה שהם צופים עשוי להיות יצירת "פוטונים כהים". בקיצור, הם האמינו שאולי סוף סוף הם מצאו עדויות לחומר האפל, המסה המסתורית והבלתי נראית המהווה כ 85% ממסת היקום.
דוח זה הוחלף ברובו באותה עת, אך זכה לתשומת לב רחבה מוקדם יותר השנה כאשר פרופ 'פנג וצוות המחקר שלו מצאו אותו והחלו להעריך את מסקנותיו. אך לאחר שלמדו את תוצאות הצוותים ההונגריים והשוו אותם לניסויים קודמים, הם הגיעו למסקנה כי הראיות הניסוייות לא תומכות בקיומם של פוטונים כהים.
במקום זאת הם הציעו שהתגלית יכולה להצביע על נוכחות אפשרית של כוח יסודי חמישי של הטבע. ממצאים אלה פורסמו ב- arXiv באפריל, ואחריו עוקב מאמר שכותרתו "מודלים של פיזיקת חלקיקים ל -17 אנומליה של MeV במצבי גרעיני בריליום", שפורסם ב- PRL ביום שישי האחרון.
בעיקרו של דבר, צוות UCI טוען שבמקום פוטון אפל, מה שצוות המחקר ההונגרי יכול היה לחזות בו היה יצירתו של בוזון שלא נחשף בעבר - שאותו כינו "בוסון ה- X הפרוטופובי". בעוד שבוזונים אחרים מקיימים אינטראקציה עם אלקטרונים ופרוטונים, בוזון היפותטי זה מקיים אינטראקציה עם אלקטרונים ונויטרונים בלבד, ורק בטווח מוגבל ביותר.
האינטראקציה המוגבלת הזו אמורה להיות הסיבה לכך שהחלקיק נותר בלתי ידוע עד כה, ומכאן שמילות התואר "פוטוביות" ו- "X" מוסיפות לשם. "אין בוסון אחר שראינו שיש לו אותה מאפיין", אמר טימותי טייט, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה ב- UCI, ומחבר העיתון. "לפעמים אנחנו פשוט קוראים לזה 'בוסון X', שם פירושו של 'X' אינו ידוע."
אם חלקיק כזה אכן קיים, האפשרויות לפריצות דרך מחקריות יכולות להיות אינסופיות. פנג מקווה שאפשר יהיה לחבר אותו עם שלושת הכוחות הנוספים השולטים באינטראקציות בין חלקיקים (כוחות גרעיניים אלקטרומגנטיים, חזקים וחלשים) ככוח גדול ויסודי יותר. פנג גם העלה השערה כי תגלית אפשרית זו יכולה להצביע על קיומו של "מגזר אפל" ביקום שלנו, הנשלט על ידי החומר והכוחות שלו.
"יתכן ששני המגזרים האלה מדברים זה עם זה ומתקשרים זה עם זה באמצעות אינטראקציות מעט טרופות אך מהותיות," אמר. "הכוח המגזר האפל הזה עשוי להתבטא ככוח הפרוטופופי הזה שאנחנו רואים כתוצאה מהניסוי ההונגרי. במובן הרחב יותר, זה משתלב עם המחקר המקורי שלנו כדי להבין את טיב החומר האפל. "
אם זה יתברר שכך, פיזיקאים עשויים להיות קרובים יותר להבין את קיומם של חומר אפל (ואולי אפילו אנרגיה אפלה), שניים מהתעלומות הגדולות באסטרופיזיקה מודרנית. מה שכן, זה יכול לעזור לחוקרים בחיפוש אחר פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי - דבר שהחוקרים ב- CERN עסקו בו מאז גילויו של היגס בוסון בשנת 2012.
אך כפי שמציין פנג, עלינו לאשר את קיומו של חלקיק זה באמצעות ניסויים נוספים לפני שנתרגש מהשלכותיו:
"החלקיק אינו כבד במיוחד, ולמעבדות היו האנרגיות הדרושות לשם כך מאז שנות ה -50 וה -60. אך הסיבה שקשה היה למצוא היא שהאינטראקציות שלה מאוד חלשות. עם זאת, מכיוון שהחלקיק החדש כה קל, ישנן קבוצות ניסוי רבות העובדות במעבדות קטנות ברחבי העולם שיכולות לעקוב אחר הטענות הראשוניות, כעת כשהן יודעות היכן לחפש. "
כמו המקרה האחרון שעוסק ב- CERN - שם נאלצו צוותי LHC להודיע שיש להם לא גילו שני חלקיקים חדשים - ממחיש, חשוב לא לספור את התרנגולות שלנו לפני שהם מתבצלים. כמו תמיד, אופטימיות זהירה היא הגישה הטובה ביותר לממצאים חדשים פוטנציאליים.
