ביקום מנוהל על ידי ארבעה כוחות יסודיים: כוח הכבידה, האלקטרומגנטיות והכוחות הגרעיניים החזקים והחלשים. כוחות אלה מניעים את התנועה וההתנהגות של כל מה שאנחנו רואים סביבנו. לפחות זה מה שאנחנו חושבים. אולם במהלך השנים האחרונות יש עדויות גוברות לכוח בסיסי חמישי. מחקר חדש לא גילה את הכוח החמישי הזה, אבל הוא מראה שאנחנו עדיין לא מבינים לגמרי את הכוחות הקוסמיים האלה.
כוחות היסוד הם חלק מהמודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים. מודל זה מתאר את כל חלקיקי הקוונטים השונים שאנו צופים בהם, כמו אלקטרונים, פרוטונים, אנטי-חומר וכדומה. הקווארקים, הנייטרינים ובוסון היגס הם כולם חלק מהמודל.
המונח "כוח" במודל הוא מעט לא נכון. במודל הסטנדרטי, כל כוח הוא תוצאה של סוג של בוסון נשא. פוטונים הם הבוסון המוביל לאלקטרומגנטיות. גלואונים הם הבוזונים המובילים לחזקים, ובוזונים המכונים W ו- Z הם עבור החלשים. כוח המשיכה אינו טכני חלק מהמודל הסטנדרטי, אך ההנחה היא שכוח הכבידה הקוונטי הוא בעל בוזון המכונה הגרביטון. אנחנו עדיין לא מבינים לגמרי את כוח הכבידה הקוונטי, אבל רעיון אחד הוא שאפשר לאחד את הכובד עם המודל הסטנדרטי כדי לייצר תיאוריה אחידה מפוארת (בטן).
כל חלקיק שגילינו אי פעם הוא חלק מהמודל הסטנדרטי. התנהגות חלקיקים אלה תואמת את המודל בצורה מדויקת ביותר. חיפשנו חלקיקים מעבר למודל הסטנדרטי, אך עד כה מעולם לא מצאנו כאלה. המודל הסטנדרטי הוא ניצחון של הבנה מדעית. זהו פסגת הפיזיקה הקוונטית.
אבל התחלנו ללמוד שיש לזה כמה בעיות רציניות.
ראשית, אנו יודעים כעת כי המודל הסטנדרטי אינו יכול לשלב עם כוח הכבידה באופן שחשבנו. במודל הסטנדרטי, כוחות היסוד "מתאחדים" ברמות אנרגיה גבוהות יותר. אלקטרומגנטיות והחלשים משתלבים במסלול האלקטרוני, ומסלול האלקטרו מתאחד עם החזק להפוך לכוח האלקטרוני-גרעיני. באנרגיות גבוהות במיוחד כוחות האלקטרוניקלים והכבידה צריכים לאחד. ניסויים בפיזיקת החלקיקים הראו כי אנרגיות האיחוד אינן תואמות זו את זו.
בעייתי יותר הוא נושא החומר האפל. חומר אפל הוצע לראשונה כדי להסביר מדוע כוכבים וגז בקצה החיצוני של גלקסיה נעים מהר יותר מכפי שחזינו כוח הכבידה. או שתיאוריית הכבידה שלנו איכשהו שגויה, או שחייבת להיות איזו מסה בלתי נראית (חשוכה) בגלקסיות. במהלך חמישים השנים האחרונות הראיות לחומר אפל התחזקו ממש. ראינו כיצד החומר האפל מקבץ גלקסיות יחד, כיצד היא מופצת בתוך גלקסיות מסוימות ואיך היא מתנהגת. אנו יודעים שזה לא מתקשר חזק עם חומר רגיל או עם עצמו, והוא מהווה את רוב המסה ברוב הגלקסיות.
אבל אין חלקיק במודל הסטנדרטי שיכול להרכיב חומר אפל. יתכן שחומר אפל יכול להיות עשוי ממשהו כמו חורים שחורים קטנים, אבל נתונים אסטרונומיים לא ממש תומכים ברעיון הזה. חומר אפל עשוי ככל הנראה מחלקיק כלשהו שטרם התגלה, כזה שהמודל הסטנדרטי אינו צופה.
ואז יש אנרגיה אפלה. תצפיות מפורטות על גלקסיות מרוחקות מראות שהיקום מתרחב בקצב הולך וגובר. נראה שיש איזושהי אנרגיה המניעה את התהליך הזה ואנחנו לא מבינים איך. יכול להיות שהתאוצה הזו היא תוצאה של מבנה החלל והזמן, סוג של קבוע קוסמולוגי שגורם ליקום להתפשט. יכול להיות שזה מונע על ידי איזה כוח חדש שטרם התגלה. לא משנה מהי האנרגיה האפלה, היא מהווה יותר משני שלישים מהיקום.
כל זה מצביע על העובדה שהדגם הסטנדרטי הוא, במקרה הטוב, לא שלם. ישנם דברים שאנו מחסרים באופן בסיסי באופן בו היקום עובד. המון רעיונות הוצעו לתקן את המודל הסטנדרטי, מסימטריות-על ועד קווארקים שטרם נתגלו, אך רעיון אחד הוא שיש כוח יסודי חמישי. לכוח זה יהיו בוזון נשא משלו וכן חלקיקים חדשים מעבר לאלו שגילינו.
כוח חמישי זה יעבוד גם הוא עם החלקיקים שראינו בדרכים עדינות המנוגדות את המודל הסטנדרטי. זה מביא אותנו למאמר חדש הטוען שיש ראיות לאינטראקציה כזו.
העיתון מסתכל על אנומליה בהתפרקות של גרעיני הליום -4, והוא בונה מחקר קודם על דעיונות בריליום -8. לבריליום -8 גרעין לא יציב שמתפרק לשני גרעינים של הליום -4. בשנת 2016 הצוות מצא כי עששת של הבריליום -8 כנראה מפרה מעט את הדגם הסטנדרטי. כאשר הגרעינים נמצאים במצב נרגש, הם יכולים לפלוט זוג אלקטרונים-פוזיטרון כשהם מתפרקים. מספר הזוגות שנצפו בזוויות גדולות הוא גבוה יותר ממה שמנבא הדגם הסטנדרטי, ומכונה אנומליה של אטומקי.
ישנם המון הסברים אפשריים לאנומליה, כולל שגיאת ניסוי, אך הסבר אחד הוא שהיא נגרמת על ידי בוסון הצוות בשם X17. זה יהיה בוזון המוביל לכוח יסודי חמישי (אך לא ידוע), עם מסה של 17 MeV. בעיתון החדש הצוות מצא אי-התאמה דומה בריקבון הליום -4. חלקיק ה- X17 יכול גם להסביר את האנומליה הזו.
למרות שזה נשמע מרגש, יש סיבה להיות זהירים. כשאתה מסתכל על פרטי העיתון החדש, יש קצת נתונים מוזרים לצבוט. בעיקרון, הצוות מניח ש- X17 מדויק ומראה שניתן לעשות את הנתונים כך שיתאימו לדגם שלהם. מראה כי דוגמנית פחית תסביר שהחריגות אינן זהות להוכחת המודל שלך עושה הסבירו את החריגות. הסברים אחרים אפשריים. אם X17 אכן קיים, היינו צריכים לראות אותו גם בניסויים אחרים של חלקיקים, ולא. העדויות ל"כוח חמישי "זה ממש חלשות.
הכוח החמישי יכול היה להתקיים, אך עדיין לא מצאנו אותו. מה שאנחנו כן יודעים הוא שהמודל הסטנדרטי לא מסתכם לגמרי, וזה אומר שגילויים מעניינים מאוד מחכים להימצא.
מקור: עדויות חדשות התומכות בקיומו של חלקיק ה- X17 ההיפותטי, מאת Krasznahorkay, A. J., et al.
מקור: תצפית על יצירת זוגות פנימיים חריגים ב- 8: אינדיקציה אפשרית לבוזון קליל, ניטרלי, מאת Krasznahorkay, A. J., et al.
