Vesolje upravljajo štiri temeljne sile: gravitacija, elektromagnetizem ter močne in šibke jedrske sile. Te sile poganjajo gibanje in vedenje vsega, kar vidimo okoli sebe. Vsaj tako mislimo. Toda v zadnjih nekaj letih je vse več dokazov o peti temeljni sili. Nove raziskave niso odkrile te pete sile, vendar kažejo, da teh kozmičnih sil še vedno ne razumemo popolnoma.
Temeljne sile so del standardnega modela fizike delcev. Ta model opisuje vse različne kvantne delce, ki jih opazujemo, kot so elektroni, protoni, antimaterija in podobno. Kvarki, nevtrini in Higgsov bozon so vsi del modela.
Izraz 'sila' v modelu je nekoliko napačen. V standardnem modelu je vsaka sila rezultat neke vrste nosilnega bozona. Fotoni so nosilni bozon za elektromagnetizem. Gluoni so nosilni bozoni za močne, bozoni, znani kot W in Z, pa za šibke. Gravitacija tehnično ni del standardnega modela, vendar se domneva, da ima kvantna gravitacija bozon, znan kot graviton. Še vedno ne razumemo popolnoma kvantne gravitacije, toda ena ideja je, da se gravitacija lahko združi s standardnim modelom, da se ustvari velika enotna teorija (GUT).
Vsak delec, ki smo ga kdaj odkrili, je del standardnega modela. Obnašanje teh delcev se zelo natančno ujema z modelom. Iskali smo delce zunaj standardnega modela, a do zdaj še nismo našli nobenega. Standardni model je zmaga znanstvenega razumevanja. To je vrhunec kvantne fizike.
Vendar smo se začeli učiti, da ima resne težave.
Delci in interakcijski bozoni standardnega modela. Zasluge: Particle Data Group
Za začetek vemo, da se standardni model ne more kombinirati z gravitacijo na način, kot smo mislili. V standardnem modelu se temeljne sile 'poenotijo' na višjih energetskih ravneh. Elektromagnetizem in šibki se združita v elektrošibko, elektrošibko pa se združi z močnim in postane elektronuklearna sila. Pri izjemno visokih energijah bi se morale poenotiti elektronuklearne in gravitacijske sile. Eksperimenti v fiziki delcev so pokazali, da se energije združevanja ne ujemajo.
Opazovanja galaksij kažejo razporeditev temne snovi. Zasluge: rentgen: NASA/CXC/Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Švica/D.Harvey & NASA/CXC/Durham Univ/R.Massey; Optični zemljevid in zemljevid leče: NASA, ESA, D. Harvey (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Švica) in R. Massey (Univerza Durham, UK)
Bolj problematično je vprašanje temne snovi. Temna snov je bila najprej predlagana, da bi pojasnili, zakaj se zvezde in plin na zunanjem robu galaksije premikajo hitreje, kot je napovedala gravitacija. Ali je naša teorija gravitacije nekako napačna, ali pa mora biti v galaksijah neka nevidna (temna) masa. V zadnjih petdesetih letih so dokazi za temno snov postali zelo močni. Opazili smo, kako temna snov združuje galaksije, kako je razporejena znotraj posameznih galaksij in kako se obnaša. Vemo, da ne sodeluje močno z običajno snovjo ali samim seboj in predstavlja večino mase v večini galaksij.
Toda v standardnem modelu ni delca, ki bi lahko sestavljal temno snov. Možno je, da bi lahko temno snov naredili iz nečesa, kot so majhne črne luknje, vendar astronomski podatki te ideje v resnici ne podpirajo. Temna snov je najverjetneje sestavljena iz še neodkritega delca, ki ga standardni model ne predvideva.
Ne razumemo večine vesolja. Zasluge: rentgenski observatorij Chandra
Potem je tu temna energija. Podrobna opazovanja oddaljenih galaksij kažejo, da se vesolje širi z vedno večjo hitrostjo. Zdi se, da ta proces poganja nekakšna energija in ne razumemo, kako. Lahko se zgodi, da je ta pospešek posledica strukture prostora in časa, neke vrste kozmološke konstante, zaradi katere se vesolje širi. Mogoče je, da to poganja kakšna nova sila, ki jo je treba še odkriti. Karkoli je temna energija, predstavlja več kot dve tretjini vesolja.
Vse to kaže na dejstvo, da je standardni model v najboljšem primeru nepopoln. Obstajajo stvari, ki nam bistveno manjkajo v delovanju vesolja. Za popravilo standardnega modela je bilo predlaganih veliko idej, od supersimetrije do še neodkritih kvarkov, vendar ena ideja je, da obstaja peta temeljna sila. Ta sila bi imela svoje nosilne bozone, pa tudi nove delce poleg tistih, ki smo jih odkrili.
Ta peta sila bi delovala tudi z delci, ki smo jih opazili na subtilne načine, ki so v nasprotju s standardnim modelom. To nas pripelje do novega dokumenta, ki trdi, da ima dokaze o takšni interakciji.
Članek obravnava anomalijo pri razpadu jeder helija-4 in gradi na prejšnji študiji razpada berilija-8. Berilij-8 ima nestabilno jedro, ki razpade na dve jedri helija-4. Leta 2016 je ekipa ugotovila, da se zdi, da razpad berilija-8 nekoliko krši standardni model. Ko so jedra v vzbujenem stanju, lahko med razpadom oddajo par elektron-pozitron. Število parov, opaženih pod večjimi koti, je večje, kot predvideva standardni model, in je znano kot Atomkijeva anomalija.
Obstaja veliko možnih razlag za anomalijo, vključno z napako v poskusu, a ena od razlag je, da jo povzroča bozon, ki ga je ekipa poimenovala X17. To bi bil nosilni bozon za (še neznano) peto temeljno silo z maso 17 MeV. V novem dokumentu je ekipa odkrila podobno neskladje pri razpadu helija-4. Delec X17 bi lahko pojasnil tudi to anomalijo.
Čeprav se to sliši razburljivo, obstaja razlog za previdnost. Ko pogledate podrobnosti novega papirja, je nekaj nenavadnega prilagajanja podatkov. V bistvu ekipa domneva, da je X17 natančen in kaže, da je mogoče podatke prilagoditi njihovemu modelu. Pokaže, da je modellahkorazlaga anomalij ni isto kot dokazovanje svojega modelanerazloži anomalije. Možne so tudi druge razlage. Če X17 obstaja, bi ga morali videti tudi v drugih poskusih z delci, pa še nismo. Dokazi za to 'peto silo' so res šibki.
Peta sila bi lahko obstajala, vendar je še nismo našli. Kar vemo, je, da se standardni model ne ujema povsem, kar pomeni, da čakajo na nekatera zelo zanimiva odkritja.
vir: Novi dokazi, ki podpirajo obstoj hipotetičnega delca X17 , Krasznahorkay, A. J., et al.
vir: Opazovanje anomalnega ustvarjanja notranjega para v be 8: možna indikacija lahkega, nevtralnega bozona , Krasznahorkay, A. J., et al.