لبعض الوقت ، فهم الفيزيائيون أن جميع الظواهر المعروفة في الكون تحكمها أربع قوى أساسية. وتشمل هذه القوة النووية الضعيفة والقوة النووية القوية والكهرومغناطيسية والجاذبية. في حين أن القوى الثلاث الأولى جميعها جزء من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، ويمكن تفسيرها من خلال ميكانيكا الكم ، فإن فهمنا للجاذبية يعتمد على نظرية النسبية لأينشتاين.
كان فهم كيفية توافق هذه القوى الأربع معًا هو هدف الفيزياء النظرية لعقود ، مما أدى بدوره إلى تطوير نظريات متعددة تحاول التوفيق بينها (أي نظرية الأوتار الفائقة ، الجاذبية الكمومية ، النظرية الموحدة الكبرى ، إلخ). ومع ذلك ، قد تكون جهودهم معقدة (أو تساعد) بفضل البحث الجديد الذي يشير إلى أنه قد يكون هناك قوة خامسة في العمل.
في ورقة نشرت مؤخرا في المجلة رسائل المراجعة البدنية، وهو فريق بحثي من جامعة كاليفورنيا ، يشرح إيرفين كيف أن تجارب فيزياء الجسيمات الأخيرة قد أسفرت عن دليل على نوع جديد من البوزون. يبدو أن هذا البوزون لا يتصرف كما يفعل بوزونات أخرى ، وقد يكون مؤشرًا على وجود قوة أخرى من الطبيعة تحكم التفاعلات الأساسية.
كما قال جوناثان فنغ ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في UCI وأحد المؤلفين الرئيسيين على الورقة:
"إذا كان صحيحًا ، فهو ثوري. لعقود من الزمان ، عرفنا بأربع قوى أساسية: الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوى النووية القوية والضعيفة. إذا تم تأكيد ذلك من خلال المزيد من التجارب ، فإن هذا الاكتشاف لقوة خامسة محتملة سيغير تمامًا فهمنا للكون ، مع عواقب لتوحيد القوى والمادة المظلمة ".
بدأت الجهود التي أدت إلى هذا الاكتشاف المحتمل في عام 2015 ، عندما صادف فريق UCI دراسة من مجموعة من علماء الفيزياء النووية التجريبية من أكاديمية العلوم المجرية معهد البحوث النووية. في ذلك الوقت ، كان هؤلاء الفيزيائيون ينظرون إلى شذوذ الانحلال الإشعاعي الذي ألمح إلى وجود جسيم ضوئي أثقل بـ 30 مرة من الإلكترون.
في ورقة تصف بحثهم ، زعمت الباحثة الرئيسية Attila Krasznahorka وزملاؤه أن ما كانوا يراقبونه هو إنشاء "الفوتونات المظلمة". باختصار ، اعتقدوا أنهم ربما وجدوا أخيرًا دليلاً على المادة المظلمة ، الكتلة الغامضة وغير المرئية التي تشكل حوالي 85٪ من كتلة الكون.
تم تجاهل هذا التقرير إلى حد كبير في ذلك الوقت ، ولكن حصل على اهتمام واسع النطاق في وقت سابق من هذا العام عندما وجده البروفيسور فنغ وفريقه البحثي وبدأوا في تقييم استنتاجاته. ولكن بعد دراسة نتائج الفرق المجرية ومقارنتها بالتجارب السابقة ، استنتجوا أن الأدلة التجريبية لم تدعم وجود الفوتونات المظلمة.
وبدلاً من ذلك ، اقترحوا أن الاكتشاف يمكن أن يشير إلى الوجود المحتمل لقوة أساسية خامسة من الطبيعة. نُشرت هذه النتائج في arXiv في أبريل ، وأعقبتها ورقة بعنوان "نماذج فيزياء الجسيمات لـ 17 MeV Anomaly in Beryllium النووية Decays" ، والتي نُشرت في PRL الجمعة الماضية.
بشكل أساسي ، يجادل فريق UCI أنه بدلاً من الفوتون المظلم ، ما قد شهده فريق البحث المجري هو إنشاء بوزون غير مكتشف سابقًا - والذي أطلقوا عليه اسم "بوزون X بروتوفوبيك". بينما تتفاعل بوزونات أخرى مع الإلكترونات والبروتونات ، فإن هذا البوزون الافتراضي يتفاعل مع الإلكترونات والنيوترونات فقط ، وفي نطاق محدود للغاية.
يعتقد أن هذا التفاعل المحدود هو سبب بقاء الجسيم غير معروف حتى الآن ، ولماذا تمت إضافة الصفات "photobic" و "X" إلى الاسم. قال تيموثي تيت ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا في كاليفورنيا والمؤلف المشارك في البحث: "لا يوجد بوزون آخر لاحظناه يتمتع بنفس الصفة". "أحيانًا نسميها أيضًا" بوزون X "، حيث تعني" X "غير معروفة".
إذا كان مثل هذا الجسيم موجودًا ، فقد تكون احتمالات اختراقات البحث لا حصر لها. يأمل فنغ في أن ينضم إلى القوى الثلاث الأخرى التي تحكم تفاعلات الجسيمات (الكهرومغناطيسية والقوى النووية القوية والضعيفة) كقوة أكبر وأكثر جوهرية. تكهن فنغ أيضًا بأن هذا الاكتشاف المحتمل قد يشير إلى وجود "قطاع مظلم" من كوننا ، يحكمه مادته وقواه الخاصة.
وقال: "من الممكن أن يتحدث هذان القطاعان مع بعضهما البعض ويتفاعلان مع بعضهما البعض من خلال تفاعلات محجبة إلى حد ما ولكن أساسية". "قد تظهر قوة القطاع المظلم هذه على أنها هذه القوة البدائية التي نراها نتيجة التجربة المجرية. وبمعنى أوسع ، يتناسب مع بحثنا الأصلي لفهم طبيعة المادة المظلمة ".
إذا كان ينبغي أن يكون هذا هو الحال ، فقد يكون الفيزيائيون أقرب إلى اكتشاف وجود المادة المظلمة (وربما حتى الطاقة المظلمة) ، وهما من أعظم الألغاز في الفيزياء الفلكية الحديثة. والأكثر من ذلك ، أنها يمكن أن تساعد الباحثين في البحث عن الفيزياء خارج النموذج القياسي - وهو الأمر الذي انشغل به الباحثون في CERN منذ اكتشاف Higgs Boson في عام 2012.
ولكن كما يلاحظ فنغ ، نحتاج إلى تأكيد وجود هذا الجسيم من خلال المزيد من التجارب قبل أن نتحمس جميعًا من آثاره:
"الجسيم ليس ثقيلًا جدًا ، ولدى المختبرات الطاقات اللازمة لصنعه منذ الخمسينيات والستينيات. ولكن السبب الذي كان من الصعب العثور عليه هو أن تفاعلاتها ضعيفة للغاية. ومع ذلك ، نظرًا لأن الجسيم الجديد خفيف جدًا ، فهناك العديد من المجموعات التجريبية التي تعمل في مختبرات صغيرة حول العالم يمكنها متابعة الادعاءات الأولية ، الآن بعد أن عرفوا أين يبحثون ".
كما الحالة الأخيرة التي تنطوي على سيرن - حيث اضطرت فرق المصادم LHC للإعلان عن ذلك ليس اكتشف جسيمين جديدين - يوضح أنه من المهم عدم حساب الدجاج قبل أن يتم تجميده. كما هو الحال دائمًا ، فإن التفاؤل الحذر هو أفضل نهج للنتائج الجديدة المحتملة.
