In fizica moderna, toate interactiunile dintre particulele fundamentale cunoscute sunt explicate prin doar patru forte fundamentale: gravitatia, forta electromagnetica, forta nucleara tare si forta nucleara slaba. Acestea alcatuiesc pilonii Modelului Standard – schema teoretica prin care oamenii de stiinta incearca sa inteleaga natura Universului la cel mai profund nivel.
Cu toate acestea, in ciuda succeselor uriase ale Modelului Standard, exista numeroase mistere care continua sa sfideze explicatiile clasice: materia intunecata, energia intunecata, lipsa unei teorii cuantice a gravitatiei sau chiar dezechilibrul dintre materie si antimaterie dupa Big Bang. Acum, potrivit Yahoo News, un nou indiciu major ar putea sa extinda in mod radical intelegerea noastra asupra legilor fundamentale ale naturii – posibilitatea existentei unei a cincea forte.
O interactiune necunoscuta, intre electroni si neutroni
O echipa de fizicieni din Germania, Elvetia si Australia a realizat un studiu de inalta precizie care exploreaza posibilitatea existentei unei forte suplimentare, subtila, ce s-ar putea manifesta la nivel atomic, in special in interactiunile dintre electroni si neutroni. Aceasta asa-numita „a cincea forta” nu ar fi una puternica sau evidenta, ci ar actiona ca o „soapta” greu de detectat, cu efecte marginale, dar masurabile in conditii extrem de controlate.
Aceasta idee nu este complet noua. De ani intregi, cercetatorii au emis ipoteza existentei unui particula mediator ipotetica – cunoscuta in teorie sub numele de particula Yukawa – care ar putea actiona ca agent al unei forte necunoscute in interiorul nucleelor atomice. Spre deosebire de gravitatie sau electromagnetism, aceasta forta ar avea o raza de actiune limitata si o influenta slaba, dar suficient de distincta pentru a fi diferentiata de predictiile actuale ale Modelului Standard.
Studiul atomilor de calciu: o metoda de testare eleganta
In cadrul experimentului, cercetatorii au utilizat cinci izotopi ai elementului calciu, fiecare cu un numar diferit de neutroni, in doua stari de ionizare. Acesti izotopi au fost analizati cu o precizie extrema pentru a observa variatiile in tranzitiile atomice – adica salturile electronilor intre diferite niveluri energetice.
Aceste tranzitii nu depind doar de energia aplicata, ci si de structura interna a nucleului. Cu cat numarul de neutroni variaza, cu atat tranzitiile pot suferi mici diferente. Aceste variatii sunt cartografiate intr-un King plot, o diagrama care ar trebui sa respecte o anumita regularitate matematica, conform predictiilor Modelului Standard.
Dar ceea ce au descoperit cercetatorii a fost o mica abatere – o anomalie subtila in aceste date – care ar putea sugera existenta unei influente necunoscute, posibil a unei forte noi care nu a fost inca incorporata in teoria fundamentala.
O fereastra deschisa catre fizica dincolo de Modelul Standard
Conform rezultatelor, este posibil ca un mediator ipotetic – particula Yukawa – cu o masa cuprinsa intre 10 si 10 milioane de electronvolti (eV), sa fie responsabil pentru aceste variatii usor neregulate. Desi nu este o dovada directa, prezenta acestor deviatii, coroborata cu excluderea altor cauze experimentale, ofera o directie clara pentru investigatii viitoare.
„Ambiguitatea detectata poate fi atribuita unui singur factor dominant, care ar putea fi tocmai semnatura unei noi interactiuni”, explica autorii studiului. Este important de subliniat insa ca acest rezultat nu confirma inca existenta celei de-a cincea forte, ci mai degraba restrange zona de cautare si ofera un cadru experimental clar pentru cercetarile viitoare.
Pentru a transforma aceasta presupunere intr-o certitudine stiintifica, va fi nevoie de experimente suplimentare, cu un control si mai riguros al variabilelor, precum si de metode teoretice avansate care sa elimine complet orice influenta necunoscuta, dar naturala. Este nevoie, de asemenea, de confirmari independente din alte laboratoare si, eventual, de dezvoltarea unor noi metode de masurare a interactiunilor atomice.
Totusi, chiar si in stadiul actual, studiul publicat in Physical Review Letters reprezinta o piesa importanta in puzzle-ul pe care fizicienii il incearca de decenii: extinderea Modelului Standard intr-un mod care sa includa noi particule, noi campuri si noi tipuri de interactiuni.
De ce conteaza aceasta descoperire?
Importanta potentiala a unei a cincea forte este colosala. Daca existenta acesteia va fi confirmata, ea ar putea ajuta la:
- explicarea materiei intunecate, care compune o mare parte din masa Universului, dar nu interactioneaza cu lumina;
- oferirea unei punti intre teoria gravitatiei si mecanica cuantica, doua domenii ale fizicii inca incompatibile teoretic;
- elucidarea dezechilibrului initial intre materie si antimaterie in primele momente dupa Big Bang;
- dezvoltarea unor noi tehnologii bazate pe interactiuni fundamentale inca nedescoperite.
Fizica fundamentala este deseori un domeniu in care raspunsurile vin incet, in pasi marunti, si insotite de intrebari si mai profunde. Dar chiar si un semn slab al unei forte necunoscute poate duce, in timp, la o revolutie stiintifica comparabila cu descoperirea electromagnetismului sau a teoriei relativitatii.