Nieuw bewijs van een onbekend deeltje dat een vijfde natuurkracht zou kunnen dragen, geeft de NA64-samenwerking bij CERN een nieuwe stimulans om door te gaan met zoeken.

anno 2015, een team van wetenschappers ontdekte een onverwachte storing, of "afwijking", in een nucleaire transitie die zou kunnen worden verklaard door de productie van een onbekend deeltje. Ongeveer een jaar later, theoretici suggereerden dat het nieuwe deeltje het bewijs zou kunnen zijn van een nieuwe fundamentele natuurkracht, naast elektromagnetisme, zwaartekracht en de sterke en zwakke krachten. De bevindingen trokken wereldwijde aandacht en leidden tot onder andere onderzoeken, een directe zoektocht naar het deeltje door de NA64-samenwerking bij CERN.

Een nieuwe krant van hetzelfde team, onder leiding van Attila Krasznahorkay aan het Atomki-instituut in Hongarije, meldt nu een andere anomalie, in een soortgelijke nucleaire transitie, dat zou ook verklaard kunnen worden door hetzelfde hypothetische deeltje.

De eerste anomalie die door het team van Krasznahorkay werd opgemerkt, werd gezien in een overgang van beryllium-8-kernen. Deze overgang zendt een hoogenergetisch virtueel foton uit dat transformeert in een elektron en zijn antimaterie-tegenhanger, een positron. Onderzoek naar het aantal elektron-positronparen onder verschillende scheidingshoeken, de onderzoekers vonden een onverwacht overschot aan paren bij een scheidingshoek van ongeveer 140º. In tegenstelling tot, theorie voorspelt dat het aantal paren afneemt met toenemende scheidingshoek, zonder overmaat onder een bepaalde hoek. Krasznahorkay en collega's redeneerden dat de overmaat zou kunnen worden geïnterpreteerd door de productie van een nieuw deeltje met een massa van ongeveer 17 miljoen elektronvolt (MeV), het "X17"-deeltje, die zou transformeren in een elektron-positron-paar.

De laatste anomalie gerapporteerd door Krasznahorkay's team, in een paper dat nog door vakgenoten moet worden beoordeeld, is ook in de vorm van een overmaat aan elektron-positronparen, maar deze keer is de overmaat afkomstig van een overgang van helium-4-kernen. "In dit geval, de overmaat vindt plaats onder een hoek van 115º maar kan ook worden geïnterpreteerd door de productie van een deeltje met een massa van ongeveer 17 MeV, ", legt Krasznahorkay uit. "Het resultaat ondersteunt ons vorige resultaat en het mogelijke bestaan ​​van een nieuw elementair deeltje, " hij voegt toe.

Sergej Gninenko, woordvoerder van de NA64-samenwerking bij CERN, die geen sporen van X17 heeft gevonden in zijn directe zoektocht, zegt:"De Atomki-anomalieën kunnen te wijten zijn aan een experimenteel effect, een kernfysisch effect of iets geheel nieuws zoals een nieuw deeltje. Om de hypothese te testen dat ze worden veroorzaakt door een nieuw deeltje, zowel een gedetailleerde theoretische analyse van de compatibiliteit tussen de beryllium-8 en de helium-4 resultaten als onafhankelijke experimentele bevestiging is cruciaal."

De NA64-samenwerking zoekt naar X17 door een bundel van tientallen miljarden elektronen van de Super Proton Synchrotron-versneller op een vast doelwit af te vuren. Als X17 bestond, de interacties tussen de elektronen en kernen in het doelwit zouden soms dit deeltje produceren, die dan zou transformeren in een elektron-positron paar. De samenwerking heeft tot nu toe geen aanwijzingen gevonden dat dergelijke gebeurtenissen hebben plaatsgevonden, maar dankzij de datasets konden ze een deel van de mogelijke waarden voor de sterkte van de interactie tussen X17 en een elektron uitsluiten. Het team is nu hun detector aan het upgraden voor de volgende zoekronde, die naar verwachting uitdagender, maar tegelijkertijd ook spannender zullen zijn, zegt Gninenko.

Een van de andere experimenten die ook bij directe zoekopdrachten op X17 zouden kunnen jagen, is het LHCb-experiment. Jesse Thaler, een theoretisch fysicus van het Massachusetts Institute of Technology, zegt:"Tegen 2023, het LHCb-experiment zou een definitieve meting moeten kunnen doen om de interpretatie van de Atomki-anomalieën als voortkomend uit een nieuwe fundamentele kracht te bevestigen of te weerleggen. Ondertussen, experimenten zoals NA64 kunnen de mogelijke waarden voor de eigenschappen van het hypothetische deeltje blijven afbreken, en elke nieuwe analyse brengt de mogelijkheid (hoe ver verwijderd) van ontdekking met zich mee."