Physiker bestätigen vielleicht, nur vielleicht, die mögliche Entdeckung der 5. Naturgewalt

Seit einiger Zeit verstehen Physiker, dass alle bekannten Phänomene im Universum von vier fundamentalen Kräften beherrscht werden. Dazu gehören schwache Kernkraft, starke Kernkraft, Elektromagnetismus und Schwerkraft. Während die ersten drei Kräfte von alle Teil des Standardmodells der Teilchenphysik sind und durch die Quantenmechanik erklärt werden können, hängt unser Verständnis der Schwerkraft von Einsteins Relativitätstheorie ab.

Das Verständnis, wie diese vier Kräfte zusammenpassen, ist seit Jahrzehnten das Ziel der theoretischen Physik, was wiederum zur Entwicklung mehrerer Theorien geführt hat, die versuchen, sie miteinander in Einklang zu bringen (d. H. Super-String-Theorie, Quantengravitation, Grand Unified Theory usw.). Ihre Bemühungen können jedoch aufgrund neuer Forschungsergebnisse kompliziert (oder unterstützt) werden, die darauf hindeuten, dass möglicherweise nur eine fünfte Kraft am Werk ist.

In einem Artikel, der kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Briefe zur körperlichen ÜberprüfungIrvine, ein Forscherteam der University of California, erklärt, wie jüngste Teilchenphysik-Experimente möglicherweise Hinweise auf eine neue Art von Boson erbracht haben. Dieses Boson verhält sich anscheinend nicht wie andere Bosonen und kann ein Hinweis darauf sein, dass es eine weitere Naturgewalt gibt, die grundlegende Wechselwirkungen regelt.

Jonathan Feng, Professor für Physik und Astronomie an der UCI und einer der Hauptautoren des Papiers, sagte:

"Wenn es stimmt, ist es revolutionär. Seit Jahrzehnten kennen wir vier grundlegende Kräfte: Gravitation, Elektromagnetismus und die starken und schwachen Kernkräfte. Wenn dies durch weitere Experimente bestätigt würde, würde diese Entdeckung einer möglichen fünften Kraft unser Verständnis des Universums vollständig verändern und Konsequenzen für die Vereinigung von Kräften und dunkler Materie haben. “

Die Bemühungen, die zu dieser potenziellen Entdeckung führten, begannen bereits 2015, als das UCI-Team auf eine Studie einer Gruppe experimenteller Kernphysiker des Instituts für Kernforschung der Ungarischen Akademie der Wissenschaften stieß. Zu dieser Zeit untersuchten diese Physiker eine Anomalie des radioaktiven Zerfalls, die auf die Existenz eines leichten Teilchens hindeutete, das 30-mal schwerer als ein Elektron war.

In einem Artikel, der ihre Forschung beschreibt, behaupteten der leitende Forscher Attila Krasznahorka und seine Kollegen, dass das, was sie beobachteten, die Erzeugung von „dunklen Photonen“ sein könnte. Kurz gesagt, sie glaubten, endlich Beweise für Dunkle Materie gefunden zu haben, die mysteriöse, unsichtbare Masse, die etwa 85% der Masse des Universums ausmacht.

Dieser Bericht wurde zu dieser Zeit weitgehend übersehen, erlangte jedoch Anfang dieses Jahres breite Aufmerksamkeit, als Prof. Feng und sein Forschungsteam ihn fanden und mit der Bewertung seiner Schlussfolgerungen begannen. Nachdem sie die Ergebnisse der ungarischen Teams untersucht und mit früheren Experimenten verglichen hatten, kamen sie zu dem Schluss, dass die experimentellen Beweise die Existenz dunkler Photonen nicht belegen.

Stattdessen schlugen sie vor, dass die Entdeckung auf das mögliche Vorhandensein einer fünften fundamentalen Naturgewalt hinweisen könnte. Diese Ergebnisse wurden im April in arXiv veröffentlicht, worauf ein Artikel mit dem Titel „Teilchenphysikmodelle für die 17-MeV-Anomalie in Beryllium-Kernzerfällen“ folgte, der in veröffentlicht wurde PRL am vergangenen Freitag.

Im Wesentlichen argumentiert das UCI-Team, dass das ungarische Forscherteam anstelle eines dunklen Photons möglicherweise die Schaffung eines zuvor unentdeckten Bosons gesehen hat – das sie als „protophobes X-Boson“ bezeichnet haben. Während andere Bosonen mit Elektronen und Protonen interagieren, interagiert dieses hypothetische Boson nur mit Elektronen und Neutronen und nur in einem äußerst begrenzten Bereich.

Es wird angenommen, dass diese begrenzte Wechselwirkung der Grund ist, warum das Teilchen bis jetzt unbekannt geblieben ist und warum die Adjektive "photobisch" und "X" dem Namen hinzugefügt werden. "Es gibt kein anderes Boson, das wir beobachtet haben und das die gleichen Eigenschaften aufweist", sagte Timothy Tait, Professor für Physik und Astronomie an der UCI und Mitautor des Papiers. "Manchmal nennen wir es auch einfach" X-Boson ", wobei" X "unbekannt bedeutet."

Wenn ein solches Teilchen existiert, könnten die Möglichkeiten für Forschungsdurchbrüche endlos sein. Feng hofft, dass es mit den drei anderen Kräften, die die Teilchenwechselwirkungen steuern (elektromagnetische, starke und schwache Kernkräfte), als größere, grundlegendere Kraft verbunden werden kann. Feng spekulierte auch, dass diese mögliche Entdeckung auf die Existenz eines „dunklen Sektors“ unseres Universums hinweisen könnte, der von seiner eigenen Materie und seinen eigenen Kräften beherrscht wird.

"Es ist möglich, dass diese beiden Sektoren miteinander sprechen und durch etwas verschleierte, aber grundlegende Interaktionen miteinander interagieren", sagte er. "Diese Kraft des dunklen Sektors kann sich als diese protophopische Kraft manifestieren, die wir als Ergebnis des ungarischen Experiments sehen. Im weiteren Sinne passt es zu unserer ursprünglichen Forschung, die Natur der Dunklen Materie zu verstehen. “

Sollte sich herausstellen, dass dies der Fall ist, sind die Physiker möglicherweise näher dran, die Existenz der Dunklen Materie (und möglicherweise sogar der Dunklen Energie) herauszufinden, zwei der größten Geheimnisse der modernen Astrophysik. Darüber hinaus könnte es Forschern bei der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells helfen – etwas, mit dem sich die Forscher am CERN seit der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 beschäftigt haben.

Aber wie Feng bemerkt, müssen wir die Existenz dieses Teilchens durch weitere Experimente bestätigen, bevor wir alle von seinen Implikationen begeistert sind:

„Das Partikel ist nicht sehr schwer, und die Labors verfügen seit den 50er und 60er Jahren über die erforderlichen Energien, um es herzustellen. Der Grund, warum es schwer zu finden ist, ist, dass die Interaktionen sehr schwach sind. Da das neue Teilchen so leicht ist, arbeiten weltweit viele experimentelle Gruppen in kleinen Labors, die den ursprünglichen Behauptungen nachgehen können, da sie jetzt wissen, wo sie suchen müssen. “

Wie der jüngste Fall mit CERN – wo LHC-Teams gezwungen waren, dies anzukündigen nicht entdeckte zwei neue Partikel – zeigt, dass es wichtig ist, unsere Hühner nicht zu zählen, bevor sie schlafen. Vorsichtiger Optimismus ist wie immer der beste Ansatz für potenzielle neue Erkenntnisse.

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