Het X17-deeltje zou donkere materie kunnen helpen verklaren, de mysterieuze substantie waarvan wordt aangenomen dat deze verantwoordelijk is voor een groot deel van de massa in het universum. Het kan een "vijfde kracht" zijn die verder gaat dan de vier die in het standaardmodel van de natuurkunde worden genoemd. Pcharito/Wikimedia Commons (CC By-SA 3.0)

Het is het belangrijkste kwartet in de wetenschap. Voor zover iemand heeft kunnen bewijzen, het universum wordt geregeerd door vier 'fundamentele krachten':zwaartekracht, elektromagnetisme, de sterke kracht en de zwakke kracht. Misschien zijn ze niet de enige. in 2015, een Hongaars team onder leiding van natuurkundige Attila Krasznahorkay ontdekte naar verluidt nieuw bewijs voor een vijfde fundamentele kracht - iets dat voorheen onbekend was voor de wetenschap.

De groep uploadde een ander artikel over het onderwerp naar arXiv (een onderzoeksdatabase) op 23 oktober, 2019. Hoewel veel wetenschappers sceptisch zijn over deze bevindingen, het onderzoek geeft ons wel de gelegenheid om te praten over de grote krachten die we allemaal als vanzelfsprekend beschouwen.

De Fab Four

Fundamentele krachten zijn onherleidbaar, wat betekent dat ze niet kunnen worden opgesplitst in andere, meer basiskrachten. Dit zijn de kernverschijnselen achter elk ander bekend type fysieke interactie. Bijvoorbeeld, wrijving, spanning en elasticiteit zijn allemaal afgeleid van elektromagnetisme.

En wat is dat, je vraagt? Elektromagnetisme is een kracht die alle positief en negatief geladen deeltjes beïnvloedt. Degenen met tegengestelde ladingen trekken elkaar aan, terwijl degenen die "gelijkaardige" ladingen dragen elkaar afstoten. Dit principe houdt niet alleen magneten op uw koelkast, maar het is ook de reden waarom vaste objecten hun vorm kunnen behouden.

Vergeleken met elektromagnetisme, zwaartekracht is nogal zwak. Verrassend genoeg, het is eigenlijk de zwakste van de vier fundamenten - inclusief de zogenaamde 'zwakke kracht'. (Daar komen we zo op terug.) Voor nu, laten we ons wenden tot de toepasselijke naam sterke kracht. Dit is wat atoomkernen bij elkaar houdt, zelfs ondanks hun geladen protonen, die constant proberen te ontsnappen.

Laatste, maar niet de minste, er is de zwakke kracht (ook bekend als:de "zwakke interactie"). Door deeltjes te transformeren, het vergemakkelijkt radiometrische datering, een proces dat wetenschappers gebruiken om de leeftijd van fossielen en artefacten te bepalen. Oh, en wist je dat de zwakke kracht de zon aandrijft? Best een big deal dat.

Alles begrijpen

Wetenschappers hebben een theorie die drie van die krachten mooi beschrijft. Bekend als het standaardmodel van de natuurkunde, het bestaat uit verschillende metingen en wiskundige formules. Het verdeelt ook elementaire deeltjes in categorieën en subcategorieën.

"Het standaardmodel (SM) van de natuurkunde is het huidige raamwerk voor het beschrijven van de subatomaire wereld bij alle energieën, MIT-natuurkundige Richard Milner zegt in een e-mail. "Het is ontwikkeld na de Tweede Wereldoorlog en ik tel sinds 1950 minstens 18 Nobelprijzen voor de natuurkunde die zijn toegekend voor bijdragen aan de ontwikkeling ervan."

Zoals alle goede theorieën, het standaardmodel heeft talloze wetenschappelijke doorbraken nauwkeurig voorspeld, inclusief de ontdekking van het ongrijpbare Higgs-deeltje op 4 juli, 2012.

Toch beantwoordt het niet elke vraag. Het standaardmodel biedt geen verklaring voor zwaartekracht en het heeft wetenschappers niet dichter bij het begrip van donkere materie gebracht. een mysterieus ingrediënt dat ongeveer 27 procent van ons universum uitmaakt.

De jacht op deeltje X17

Hier komen Krasznahorkay en het bedrijf in beeld. Tijdens een experiment in 2015 aan het Instituut voor Nucleair Onderzoek van de Hongaarse Academie van Wetenschappen, ze zagen opgewonden Beryllium-8-atomen in een deeltjesversneller vervallen. Normaal gesproken, bij dit proces komt licht vrij - dat later wordt omgezet in elektronen en positronen (een soort subatomair deeltje met een positieve lading).

Zowaar, dat is wat er is gebeurd. Maar toen werd het interessant. Normaal gesproken vervalt Beryllium-8 op een voorspelbare manier, toch stoten een bizar hoog aantal van deze elektronen en positronen elkaar af in een hoek van 140 graden.

Om het overschot te verklaren, Krasznahorkay's team beweerde dat een nooit eerder gezien deeltje was gevormd toen de atomen vervielen. Door hun berekeningen deze theoretische, subatomair lichaam zou een massa van ongeveer 17 miljoen elektronvolt hebben. Ze gingen door en noemden het het "X17"-deeltje.

Nutsvoorzieningen, X17 haalt opnieuw het nieuws. Onlangs, dezelfde Hongaarse wetenschappers ontdekten een anomalie in rottende monsters van Helium-4. Volgens hun arXiv-paper, er kwam een ​​onvoorzien overschot aan positronen en elektronen vrij - mogelijk omdat er nog een X17-deeltje was ontstaan.

Als dit mysteriedeeltje bestaat, het kan iets heel bijzonders zijn. Misschien - heel misschien - is het een nieuw gevonden dragerboson.

Case niet gesloten

Bosonen zijn ronddraaiende deeltjes die waarschijnlijk geen interne structuur hebben. Ze staan ​​bekend om het dragen van krachten, waardoor ze een integraal onderdeel van het standaardmodel worden.

Onder het standaardmodel, Milner legt uit, "krachten vinden plaats door uitwisseling van de 'drager' bosonen" tussen andere subatomaire deeltjes. Er wordt gezegd dat elk van de vier fundamentele krachten zijn eigen overeenkomstige boson heeft. Degene die de zwaartekracht transporteert is nog niet gevonden, maar de dragerbosonen geassocieerd met sterke kracht, zwakke kracht en elektromagnetisme zijn goed gedocumenteerd.

Vermoedelijk, X17 zou het dragerboson zijn voor een vijfde fundamentele kracht waarvan we het bestaan ​​niet wisten. En misschien is die kracht op de een of andere manier gerelateerd aan donkere materie.

Maar we lopen op de zaken vooruit. Zie je, er is geen hard bewijs dat X17 überhaupt bestaat. De Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek - beter bekend als CERN - heeft nog geen spoor van het deeltje gevonden. En de nieuwe arXiv-paper wacht nog steeds op peer review van andere wetenschappers.

"Onafhankelijke groepen moeten experimenten uitvoeren om het bestaan ​​van de X17 vast te stellen. Het Hongaarse experiment moet worden herhaald, " schrijft Milner. Hij en zijn collega's hebben een voorstel bedacht om te proberen X17-deeltjes te genereren in een "verstrooiingsexperiment" in de Thomas Jefferson National Accelerator-faciliteit in Newport News, Virginia.

Momenteel, het standaardmodel houdt geen rekening met nieuwe fundamentele krachten. Dus als de X17 en de "vijfde kracht" die hij zou dragen echt zijn, we zullen de goede oude SM moeten aanpassen. Tegen alle tarieven, het is duidelijk dat de subatomaire wereld nog vol geheimen zit.

Dat is nu grappig

Op 1 april, 2018, CERN heeft de ontdekking aangekondigd van een (fictief) "Humpty Dumpty"-deeltje. In een neppersbericht, een bron beweerde:"Het kostte ons wat tijd om de gegevens te ontcijferen, maar met de zonnige kant naar boven hebben we het gekraakt. Dit resultaat was niet gemakkelijk te bereiken ... Op een gegeven moment, we trapten op eierschalen om te voorkomen dat andere samenwerkingen de gegevens zouden stropen."