Universumit juhivad neli põhijõud: gravitatsioon, elektromagnetism ning tugevad ja nõrgad tuumajõud. Need jõud mõjutavad kõige liikumist ja käitumist, mida me enda ümber näeme. Vähemalt nii me arvame. Kuid viimase mitme aasta jooksul on üha rohkem tõendeid viienda põhijõu kohta. Uued uuringud pole seda viiendat jõudu avastanud, kuid see näitab, et me ei mõista neid kosmilisi jõude veel täielikult.
Põhijõud on osakeste füüsika standardmudeli osa. See mudel kirjeldab kõiki erinevaid kvantosakesi, mida me vaatleme, nagu elektronid, prootonid, antimaterjal jms. Kvargid, neutriinod ja Higgsi boson on kõik mudeli osad.
Mõiste “jõud” on natuke eksitav. Standardmudelis on iga jõud kandeobosoni tüübi tulemus. Footonid on elektromagnetilisuse kandjasoon. Gluonid on tugevate kandebasioonid ja W ja Z tuntud bosonid on nõrkade jaoks. Gravitatsioon ei ole tehniliselt standardmudeli osa, kuid eeldatakse, et kvantgravitatsioonil on boson, mida nimetatakse gravitoniks. Me ei saa kvantgravitatsioonist veel täielikult aru, kuid üks mõte on see, et gravitatsiooni saab ühendada standardmudeliga, et luua suurejooneline ühtne teooria (Soole).
Iga osake, mille oleme kunagi avastanud, on standardmudeli osa. Nende osakeste käitumine vastab mudelile väga täpselt. Oleme otsinud tavamudelist kaugemale ulatuvaid osakesi, kuid seni pole neid kunagi leidnud. Standardmudel on teadusliku mõistmise triumf. See on kvantfüüsika tipp.
Kuid oleme hakanud õppima, et sellel on tõsiseid probleeme.
Alustuseks teame nüüd, et standardmudelit ei saa gravitatsiooniga ühendada viisil, nagu me arvasime. Tavamudelis “põhijõud” ühendavad kõrgematel energiatasanditel. Elektromagnetism ja nõrk liituvad elektrilöögiks ja elektrihõrk ühineb tugevaga, et saada elektrontuumajõuks. Äärmiselt kõrgete energiaallikate korral peaksid elektrontuuma- ja gravitatsioonijõud olema ühendatud. Osakeste füüsika eksperimendid on näidanud, et ühendamisenergiad ei kattu.
Probleemsem on tumeda aine küsimus. Esmalt pakuti tumedat ainet selgitamaks, miks galaktika välisservas olevad tähed ja gaas liiguvad kiiremini, kui gravitatsioon ennustas. Kas meie gravitatsiooniteooria on kuidagi vale või peab galaktikates olema mingi nähtamatu (tume) mass. Viimase viiekümne aasta jooksul on tõendid tumeda aine kohta muutunud tõeliselt tugevaks. Oleme täheldanud, kuidas tumeaine klastrid galaktikaid kokku moodustavad, kuidas see teatud galaktikates jaotub ja kuidas see käitub. Me teame, et see ei ole tugevas kontaktis tavalise mateeria ega endaga ning moodustab enamikus galaktikates suurema osa massist.
Kuid standardses mudelis pole osakesi, mis võiksid moodustada tumeaine. Võimalik, et tumeaine võib olla valmistatud näiteks väikestest mustadest aukudest, kuid astronoomilised andmed seda ideed tegelikult ei toeta. Tume aine koosneb tõenäoliselt mingist veel avastamata osakestest, mida standardmudel ei ennusta.
Siis on tume energia. Kaugete galaktikate üksikasjalikud vaatlused näitavad, et universum laieneb üha suureneva kiirusega. Näib, et seda protsessi juhib mingisugune energia ja me ei saa aru, kuidas. Võib juhtuda, et see kiirendus on ruumi ja aja struktuuri tulemus, mingi kosmoloogiline konstant, mis põhjustab universumi laienemist. Võib juhtuda, et selle ajendiks on mõni uus jõud, mida pole veel avastatud. Ükskõik, mis tume energia on, see moodustab rohkem kui kaks kolmandikku universumist.
Kõik see viitab asjaolule, et standardmudel on parimal juhul puudulik. On asju, millest universumi toimimises meil põhimõtteliselt puudu on. Tüüpmudeli fikseerimiseks on esitatud palju ideid, alates supersümmeetriast kuni veel avastamata kvarkideni, kuid üks mõte on, et siin on olemas viies põhiline jõud. Sellel jõul oleks nii oma kandjaboson (id) kui ka uued osakesed peale nende, mille oleme avastanud.
See viies jõud interakteeruks ka osakestega, mida oleme täheldanud peentel viisidel, mis on vastuolus standardmudeliga. See viib meid uue paberi juurde, kus väidetakse, et meil on sellise koostoime kohta tõendeid.
Selles artiklis käsitletakse heelium-4 tuumade lagunemise anomaaliat ja see põhineb varasemal berüllium-8 lagunemise uuringul. Berüllium-8 tuum on ebastabiilne, mis laguneb heelium-4 kaheks tuumaks. 2016. aastal leidis meeskond, et berüllium-8 lagunemine näib standardmudelit pisut rikkuvat. Kui tuumad on ergastatud olekus, võib see lagunedes eraldada elektron-positronipaari. Suuremate nurkade alt vaadeldavate paaride arv on suurem kui standardmudel ennustab ja seda nimetatakse Atomki anomaaliaks.
Anomaaliale on palju võimalikke seletusi, sealhulgas katseviga, kuid üks seletus on see, et selle põhjustas boson meeskond nimega X17. See oleks (veel teadmata) viienda põhijõu kandurboss, mille mass on 17 MeV. Uues artiklis leidis meeskond sarnast lahknevust heelium-4 lagunemisel. X17 osake võib seda kõrvalekallet ka selgitada.
Kuigi see kõlab põnevalt, on põhjust olla ettevaatlik. Uue paberi üksikasju vaadates on andmete veidra muutmine pisut veider. Põhimõtteliselt eeldab meeskond, et X17 on täpne ja näitab, et andmeid saab muuta vastavalt nende mudelile. Selle mudeli näitamine saab selgitada kõrvalekaldeid ei ole sama, mis teie mudeli tõestamine teeb selgitada kõrvalekaldeid. Võimalikud on ka muud seletused. Kui X17 eksisteerib, oleksime pidanud seda nägema ka teistes osakeste eksperimentides ja me pole seda teinud. Tõendid selle “viienda jõu” kohta on tõesti nõrgad.
Viies jõud võiks eksisteerida, kuid me pole seda veel leidnud. Mida me teame, on see, et standardmudel ei loe täielikult kokku ja see tähendab, et leidmist ootavad mõned väga huvitavad avastused.
Allikas: Uued tõendid hüpoteetilise X17 osakese olemasolu kohta, autorid Krasznahorkay, A. J., et al.
Allikas: Anomaalse sisepaari loomise vaatlus 8-s: hele, neutraalse bosoni võimalik indikatsioon, autorid Krasznahorkay, A. J., et al.
