Els científics es troben a un pas de detectar la cinquena força fonamental
Un experiment realitzat per científics hongaresos troba indicis d’una nova partícula que apunta a l’existència de la cinquena força que completaria mancances del model estàndard
Investigadors de l’Institut de Recerca Nuclear de l’Acadèmia de Ciències hongaresa podrien haver trobat indicis d’una cinquena força fonamental. La nova interacció s’afegiria a les quatre forces que es coneixen fins ara: l’electromagnetisme, la força nuclear forta, la força nuclear dèbil i la gravetat.
Durant les últimes dècades s’han invertit molts esforços a trobar una cinquena força que pugui explicar algunes de les mancances que té el model estàndard, la teoria vigent de la física de partícules. Una d’aquestes mancances està relacionada amb la matèria fosca, que suposa aproximadament el 80% de la massa del nostre Univers i de la qual es té molt poca informació. Els físics teòrics han proposat l’existència de noves formes de matèria exòtica i portadors de noves forces fonamentals, com per exemple els fotons foscos. En analogia amb els fotons de llum electromagnètica, els fotons foscos s’encarregarien de transmetre un nou tipus d’interacció entre les partícules subatòmiques.
Els resultats de l’estudi es van publicar a finals de gener a la revista Physical Review Letters, encara que en un principi no va despertar un interès especial malgrat que aportava indicis de l’existència d’una nova partícula desconeguda. L’estudi va començar a rebre més atenció quan a finals d’abril un grup de físics teòrics de la Universitat de Califòrnia i la Universitat de Kentucky va realitzar la seva pròpia anàlisi dels resultats. En un article publicat al portal Arxiv han arribat a la conclusió que els resultats publicats pels investigadors hongaresos podrien representar l’existència d’una cinquena força de la natura i d’una nova partícula amb una massa d’uns 17 megaelectronvolts, unes 34 vegades la massa de l’electró. Segons A.J. Krasznahorkay, que forma part de l’equip d’investigadors del laboratori hongarès, l’experiment s’ha estat reproduint constantment durant tres anys per eliminar totes les fonts d’incertesa possibles. Tal és la confiança en l’experiment que la probabilitat que l’anomalia observada sigui producte de l’atzar és d’una entre 200.000 milions, segons les estimacions dels investigadors.
L’experiment
Aquesta possible nova interacció s’ha observat en desintegracions radioactives del beril·li. L’experiment fa incidir un feix de protons sobre una fina placa de liti, generant així nuclis inestables de beril·li, que decauen ràpidament en un parell de partícules electró-positró. En general, l’angle de separació en el qual s’emeten aquestes dues partícules s’espera que sigui molt petit. Per contra, en l’experiment s’ha observat que els parells electró-positró es generen amb angles molt més grans. Una anomalia com aquesta es pot explicar per l’existència d’una nova partícula, un bosó, que es generaria en la desintegració del beril·li i que, passat un temps molt curt, també es desintegraria en el parell electró-positró observat a l’experiment.
A.J. Krasznahorkay afirma que el propòsit principal del seu experiment era precisament atrapar aquests fotons foscos. Per contra, Jonathan L. Feng, un dels autors del posterior estudi teòric, afirma que la hipotètica partícula trobada no es tracta d’un fotó fosc. Després d’analitzar les dades experimentals Feng conclou que aquesta partícula seria de molt curt abast i que actuaria només a distàncies comparables a la mida d’un nucli atòmic. A diferència d’un fotó fosc, que interaccionaria amb electrons i protons, el nou bosó interaccionaria amb electrons i neutrons.
Tot i que els resultats no són del tot conclusius, la resposta final sobre l’existència d’aquesta cinquena força no es farà esperar. Nombrosos experiments s’han posat en marxa per intentar reproduir els resultats del laboratori hongarès. Per exemple, l’experiment DarkLight del Jefferson Laboratory als Estats Units s’ha dissenyat per buscar fotons foscos en un rang d’energies en el qual es trobaria aquesta hipotètica nova partícula. En els pròxims mesos centraran els seus esforços a poder detectar-la i estudiar la seva relació amb la matèria ordinària. D’altra banda, al CERN l’experiment LHCb estudiarà amb detall les desintegracions dels parells quark-antiquark. De tot plegat s’esperen resultats en un any.
Héctor García és físic i investigador del CERN, a Ginebra
