Het universum wordt geregeerd door vier fundamentele krachten:zwaartekracht, elektromagnetisme en de sterke en zwakke kernkrachten. Deze krachten sturen de beweging en het gedrag van alles wat we om ons heen zien. Minstens, dat is wat we denken. Maar de afgelopen jaren is er is steeds meer bewijs van een vijfde fundamentele kracht. Nieuw onderzoek heeft deze vijfde kracht niet ontdekt, maar het laat wel zien dat we deze kosmische krachten nog steeds niet volledig begrijpen.

De fundamentele krachten maken deel uit van het standaardmodel van de deeltjesfysica. Dit model beschrijft alle kwantumdeeltjes, inclusief elektronen, protonen, antimaterie en anderen. Quarks, neutrino's en het Higgs-deeltje maken allemaal deel uit van het model.

De term "kracht" in het model is een beetje een verkeerde benaming. In het standaardmodel, elke kracht is het resultaat van een type dragerboson. Fotonen zijn het dragerboson voor elektromagnetisme. Gluonen zijn de dragerbosonen voor de sterke interactie, en bosonen bekend als W en Z zijn voor de zwakke interactie. Zwaartekracht maakt technisch gezien geen deel uit van het standaardmodel, maar er wordt aangenomen dat kwantumzwaartekracht een boson heeft dat bekend staat als het graviton. We begrijpen de kwantumzwaartekracht nog steeds niet helemaal, maar één idee is dat zwaartekracht kan worden verenigd met het standaardmodel om een ​​grote verenigde theorie (GUT) te produceren.

Elk deeltje dat we ooit hebben ontdekt, maakt deel uit van het standaardmodel. Het gedrag van deze deeltjes komt zeer nauwkeurig overeen met het model. Wetenschappers hebben gezocht naar deeltjes die verder gaan dan het standaardmodel, maar tot nu toe, ze hebben er nog nooit een gevonden. Het standaardmodel is een triomf van wetenschappelijk inzicht. Het is het toppunt van de kwantumfysica.

Maar we zijn begonnen te leren dat het een aantal ernstige problemen heeft.

Beginnen met, we weten nu dat het standaardmodel niet kan worden gecombineerd met zwaartekracht op de manier waarop we dachten. In het standaardmodel, de fundamentele krachten "verenigen" op hogere energieniveaus. Elektromagnetisme en de zwakken combineren in de elektrozwakke, en de elektrozwakke verenigt zich met de sterken om de elektronucleaire kracht te worden. Bij extreem hoge energieën zouden de elektronucleaire en gravitatiekrachten zich moeten verenigen. Experimenten in de deeltjesfysica hebben aangetoond dat de unificatie-energieën niet overeenkomen.

Meer problematisch is de kwestie van donkere materie. Donkere materie werd voor het eerst voorgesteld om te verklaren waarom sterren en gas aan de buitenrand van een melkwegstelsel sneller bewegen dan voorspeld door de zwaartekracht. Of onze zwaartekrachttheorie is op de een of andere manier verkeerd, of er moet een onzichtbare (donkere) massa in sterrenstelsels zijn. In de afgelopen 50 jaar is het bewijs voor donkere materie is echt sterk geworden. We hebben gezien hoe donkere materie sterrenstelsels samenklontert, hoe het wordt verdeeld binnen bepaalde sterrenstelsels, en hoe het zich gedraagt. We weten dat het niet sterk in wisselwerking staat met gewone materie of zichzelf, en het vormt de meerderheid van de massa in de meeste sterrenstelsels.

Maar er is geen deeltje in het standaardmodel dat donkere materie zou kunnen vormen. Het is mogelijk dat donkere materie gemaakt kan worden van zoiets als kleine zwarte gaten, maar astronomische gegevens ondersteunen dat idee niet echt. Donkere materie is hoogstwaarschijnlijk gemaakt van een nog onontdekt deeltje, een die het standaardmodel niet voorspelt.

Dan is er donkere energie. Gedetailleerde waarnemingen van verre sterrenstelsels laten zien dat het heelal in een steeds sneller tempo uitdijt. Er lijkt een soort energie te zijn die dit proces aandrijft, en we begrijpen niet hoe. Het kan zijn dat deze versnelling het gevolg is van de structuur van ruimte en tijd, een soort kosmologische constante die ervoor zorgt dat het heelal uitdijt. Het kan zijn dat dit wordt aangedreven door een nieuwe kracht die nog moet worden ontdekt. Wat donkere energie ook is, het maakt meer dan tweederde van het universum uit.

Dit alles wijst erop dat het standaardmodel, op zijn best, incompleet. Er zijn dingen die we fundamenteel missen in de manier waarop het universum werkt. Er zijn veel ideeën voorgesteld om het standaardmodel te repareren, van supersymmetrie tot nog onontdekte quarks, maar één idee is dat er een vijfde fundamentele kracht is. Deze kracht zou zijn eigen dragerboson(en) hebben, evenals nieuwe deeltjes die verder gaan dan degene die we hebben ontdekt.

Deze vijfde kracht zou ook interageren met de deeltjes die we hebben waargenomen op subtiele manieren die in tegenspraak zijn met het standaardmodel. Dit brengt ons bij een nieuw artikel dat beweert bewijs te hebben voor een dergelijke interactie.

Het artikel kijkt naar een anomalie in het verval van helium-4-kernen, en het bouwt voort op een eerdere studie van beryllium-8-verval. Beryllium-8 heeft een onstabiele kern die vervalt in twee kernen van helium-4. in 2016, het team ontdekte dat het verval van beryllium-8 het standaardmodel enigszins lijkt te schenden. Wanneer de kernen zich in een aangeslagen toestand bevinden, het kan een elektron-positron-paar uitzenden terwijl het vervalt. Het aantal waargenomen paren onder grotere hoeken is hoger dan het standaardmodel voorspelt, en staat bekend als de Atomki-anomalie.

Er zijn veel mogelijke verklaringen voor de anomalie, inclusief experimentfout, maar een verklaring is dat het wordt veroorzaakt door boson het team genaamd X17. Het zou het dragerboson zijn voor een (nog onbekende) vijfde fundamentele kracht, met een massa van 17 MeV. In de nieuwe krant het team vond een vergelijkbare discrepantie in het verval van helium-4. Het X17-deeltje zou deze anomalie ook kunnen verklaren.

Hoewel dit opwindend klinkt, er is reden om voorzichtig te zijn. Als je naar de details van het nieuwe papier kijkt, er zijn een beetje vreemde gegevensaanpassingen. In principe, het team gaat ervan uit dat X17 nauwkeurig is en laat zien dat de gegevens kunnen worden aangepast aan hun model. Aantonen dat een model de anomalieën kan verklaren, is niet hetzelfde als bewijzen dat je model de anomalieën verklaart. Andere verklaringen zijn mogelijk. Als X17 bestaat, we hadden het ook in andere deeltjesexperimenten moeten zien, en dat hebben we niet. Het bewijs voor deze "vijfde kracht" is nog steeds zwak.

De vijfde kracht zou kunnen bestaan, maar we hebben het nog niet gevonden. Wat we wel weten is dat het Standaardmodel niet helemaal klopt, en dat betekent dat er een aantal zeer interessante ontdekkingen wachten om ontdekt te worden.