Oamenii de știință sunt pe cale să descopere a cincea forță a naturii: „Sfântul Graal pentru fizica particulelor“

Oamenii de știință spun că sunt pe cale să descopere existența unei noi forțe a naturii, scrie BBC. Descoperirea ar putea fi una dintre cele mai importante din istoria fizicii.

Toate forțele pe care le experimentăm în fiecare zi pot fi reduse la doar patru categorii: forța gravitațională, forța electromagnetică, forța nucleară tare și forța nucleară slabă. Aceste patru forțe fundamentale guvernează modul în care toate obiectele și particulele din Univers interacționează între ele.

Descoperirile au fost făcute la un accelerator de particule Fermilab, de lângă Chigaco, SUA. Ele se bazează pe rezultatele anunțate în 2021, în care echipa Fermilab a sugerat pentru prima dată posibilitatea existenței unei a cincea forțe a naturii.

A cincea forță

De atunci, echipa de cercetători a adunat mai multe date și a redus incertitudinea măsurătorilor lor cu un factor de două ori, potrivit Dr. Brendan Casey, cercetător principal la Fermilab. „Chiar sondăm un teritoriu nou. Determinăm (măsurătorile) cu o precizie mai bună decât s-a mai văzut vreodată”.

În cadrul unui experiment cu numele „g-2”, cercetătorii accelerează particulele subatomice numite muoni în jurul unui inel cu diametrul de 15 m, unde acestea sunt circulate de aproximativ 1.000 de ori cu o viteză apropiată de cea a luminii. Cercetătorii au descoperit că acestea s-ar putea comporta într-un mod care nu poate fi explicat de teoria actuală, numită Modelul Standard, din cauza influenței unei noi forțe a naturii.

Deși dovezile sunt puternice, echipa Fermilab nu a obținut încă dovada concludentă. Ei sperau să o aibă până acum, dar incertitudinile privind ceea ce modelul standard spune că ar trebui să fie cantitatea de oscilație a muonilor au crescut, din cauza evoluțiilor din fizica teoretică.

Cercetătorii cred că vor avea datele de care au nevoie și că incertitudinea teoretică se va reduce suficient de mult peste doi ani, pentru ca ei să își atingă obiectivul. Însă o echipă rivală de la Large Hadron Collider (LHC) din Europa speră să ajungă prima la acest rezultat.

„Sfântul Graal pentru fizica particulelor”

Dr. Mitesh Patel de la Imperial College din Londra se numără printre fizicienii de la LHC care încearcă să găsească deficiențe în Modelul Standard. El a declarat pentru BBC News că primii care vor găsi rezultate experimentale în dezacord cu modelul standard ar fi una dintre cele mai importante descoperiri din toate timpurile în fizică. „Măsurarea unui comportament care nu este în acord cu predicțiile Modelului Standard este Sfântul Graal pentru fizica particulelor.

Ar fi focul de pornire pentru o revoluție în înțelegerea noastră, deoarece modelul a rezistat tuturor testelor experimentale timp de peste 50 de ani.”

Fermilab spune că următorul set de rezultate va fi „confruntarea supremă” între teorie și experiment, care ar putea avea ca rezultat descoperirea unor noi particule sau forțe.

Ce este Modelul Standard

Așadar, ce este Modelul Standard și de ce este atât de importantă obținerea unui rezultat experimental care nu se potrivește cu predicțiile sale? Lumea din jurul nostru este formată din atomi - care, la rândul lor, sunt formați din particule și mai mici (subatomice). Acestea interacționează pentru a crea cele patru forțe ale naturii: electricitatea și magnetismul (electromagnetismul), cele două forțe nucleare și gravitația.

Comportamentul lor este prezis de Modelul Standard, care, timp de 50 de ani, a prezis perfect, fără niciun fel de erori, modul în care interacționează.

Experimentul Fermilab

Particulele subatomice deumite muoni sunt asemănătoare cu electronii care orbitează în jurul atomilor și sunt responsabili de curenții electrici, dar sunt de aproximativ 200 de ori mai masive. În cadrul experimentului de la Fermilab, muonii au fost făcuți să se clatine pe traiectoria lor, folosind magneți supraconductori puternici.

Rezultatele au arătat că muonii s-au mișcat mai repede decât prezice Modelul Standard. Profesorul Graziano Venanzoni de la Universitatea din Liverpool, unul dintre principalii cercetători din cadrul proiectului, a declarat pentru BBC News că acest lucru ar putea fi cauzat de o nouă forță necunoscută. „Credem că ar putea exista o altă forță, ceva de care nu suntem conștienți acum. Este ceva diferit, pe care noi îl numim «a cincea forță». Este ceva diferit, ceva ce nu cunoaștem încă, dar ar trebui să fie important, pentru că spune ceva nou despre Univers”, a declarat Graziano Venanzoni.

„Dincolo de Modelul Standard”

Dacă se confirmă, acest lucru ar reprezenta, fără îndoială, una dintre cele mai mari descoperiri științifice din ultimii o sută de ani, de la teoriile relativității ale lui Einstein. Aceasta deoarece o a cincea forță și orice particule asociate cu aceasta nu fac parte din Modelul Standard al fizicii particulelor.

Cercetătorii știu că există ceea ce ei descriu drept „fizică dincolo de Modelul Standard”, deoarece teoria actuală nu poate explica o mulțime de lucruri pe care astronomii le observă în spațiu. Printre acestea se numără faptul că galaxiile continuă să se depărteze accelerat după Big Bang-ul care a creat Universul, în loc ca expansiunea să încetinească.

Oamenii de știință spun că accelerația este determinată de o forță necunoscută, numită energie întunecată. De asemenea, galaxiile se rotesc mai repede decât ar trebui, conform înțelegerii noastre privind cantitatea de materie din ele. Cercetătorii cred că acest lucru se datorează unor particule invizibile numite materie întunecată, care, din nou, nu fac parte din modelul standard.

Rezultatele au fost publicate în revista Physical Review Letters.