يحكم الكون أربع قوى أساسية: الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوى النووية القوية والضعيفة. تقود هذه القوى حركة وسلوك كل ما نراه من حولنا. هذا ما نعتقده على الأقل. لكن على مدى السنوات العديدة الماضية ، كان هناك دليل متزايد على وجود قوة أساسية خامسة. لم يكتشف بحث جديد هذه القوة الخامسة ، لكنه يظهر أننا ما زلنا لا نفهم تمامًا هذه القوى الكونية.
القوى الأساسية هي جزء من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. يصف هذا النموذج جميع الجسيمات الكمومية المختلفة التي نلاحظها ، مثل الإلكترونات والبروتونات والمادة المضادة ، وما إلى ذلك. الكواركات والنيوترينوات وبوزون هيجز كلها جزء من النموذج.
مصطلح "القوة" في النموذج هو تسمية خاطئة قليلاً. في النموذج القياسي ، كل قوة هي نتيجة لنوع من بوزون الناقل. الفوتونات هي البوزون الناقل للكهرومغناطيسية. جلونز هي البوزونات الحاملة للأقوياء والبوزونات المعروفة باسم W و Z للضعفاء. الجاذبية ليست من الناحية الفنية جزءًا من النموذج القياسي ، ولكن من المفترض أن الجاذبية الكمية لديها بوزون يعرف باسم الجاذبية. ما زلنا لا نفهم تمامًا الجاذبية الكمية ، لكن فكرة واحدة هي أن الجاذبية يمكن أن تتحد مع النموذج القياسي لإنتاج نظرية موحدة كبرى (أمعاء).
كل جسيم اكتشفناه على الإطلاق هو جزء من النموذج القياسي. يتطابق سلوك هذه الجسيمات مع النموذج بدقة بالغة. لقد بحثنا عن جزيئات تتجاوز النموذج القياسي ، ولكن حتى الآن لم نجد أي منها. النموذج القياسي هو انتصار الفهم العلمي. إنها قمة فيزياء الكم.
لكننا بدأنا نعلم أن لديها بعض المشاكل الخطيرة.
بادئ ذي بدء ، نحن نعلم الآن أن النموذج القياسي لا يمكن أن يتحد مع الجاذبية بالطريقة التي كنا نعتقد. في النموذج القياسي ، "تتحد" القوى الأساسية عند مستويات طاقة أعلى. تتحد الكهرومغناطيسية والضعيف في الكهروميكانيكية ، ويتحد الكهرومغناطيسي مع القوي ليصبح القوة الكهروميكانيكية. في الطاقات العالية للغاية ، يجب أن تتحد قوى الجاذبية الإلكترونية والجاذبية. أظهرت التجارب في فيزياء الجسيمات أن طاقات التوحيد لا تتطابق.
أكثر إشكالية هي مسألة المادة المظلمة. تم اقتراح المادة المظلمة أولاً لتفسير سبب تحرك النجوم والغاز على الحافة الخارجية للمجرة بشكل أسرع مما تنبأت به الجاذبية. إما أن نظريتنا عن الجاذبية خاطئة إلى حد ما ، أو يجب أن يكون هناك بعض الكتلة غير المرئية (المظلمة) في المجرات. على مدى السنوات الخمسين الماضية ، أصبحت الأدلة على المادة المظلمة قوية حقًا. لقد لاحظنا كيف تجمع المادة المظلمة المجرات معًا ، وكيف يتم توزيعها داخل مجرات معينة ، وكيف تتصرف. نحن نعلم أنها لا تتفاعل بقوة مع المادة العادية أو نفسها ، وتشكل غالبية الكتلة في معظم المجرات.
لكن لا يوجد جسيم في النموذج القياسي يمكن أن يشكل المادة المظلمة. من الممكن أن تكون المادة المظلمة مصنوعة من شيء مثل الثقوب السوداء الصغيرة ، لكن البيانات الفلكية لا تدعم هذه الفكرة حقًا. تتكون المادة المظلمة على الأرجح من بعض الجسيمات التي لم يتم اكتشافها بعد ، وهو جسيم لا يتوقعه النموذج القياسي.
ثم هناك طاقة مظلمة. تظهر الملاحظات التفصيلية للمجرات البعيدة أن الكون يتوسع بمعدل متزايد باستمرار. يبدو أن هناك نوعًا من الطاقة يقود هذه العملية ، ولا نفهم كيف. يمكن أن يكون هذا التسارع نتيجة لبنية المكان والزمان ، وهو نوع من الثابت الكوني الذي يتسبب في تمدد الكون. قد يكون هذا مدفوعًا بقوة جديدة لم يتم اكتشافها بعد. مهما كانت الطاقة المظلمة ، فهي تشكل أكثر من ثلثي الكون.
كل هذا يشير إلى حقيقة أن النموذج القياسي ، في أحسن الأحوال ، غير كامل. هناك أشياء نفتقدها بشكل أساسي في طريقة عمل الكون. تم اقتراح الكثير من الأفكار لإصلاح النموذج القياسي ، من التناظر الفائق إلى الكواركات غير المكتشفة حتى الآن ، ولكن فكرة واحدة هي أن هناك قوة أساسية خامسة. ستحتوي هذه القوة على بوزون (حوامل) خاصة بها بالإضافة إلى جزيئات جديدة غير تلك التي اكتشفناها.
ستتفاعل هذه القوة الخامسة أيضًا مع الجسيمات التي لاحظناها بطرق خفية تتعارض مع النموذج القياسي. هذا يقودنا إلى ورقة جديدة تدعي أن لديها أدلة على مثل هذا التفاعل.
تبحث الورقة في وجود شذوذ في انحلال نوى الهيليوم 4 ، وتبني دراسة سابقة عن تحلل البريليوم -8. يحتوي البريليوم -8 على نواة غير مستقرة تتحلل إلى نواتين من الهيليوم -4. في عام 2016 وجد الفريق أن اضمحلال البريليوم -8 يبدو أنه ينتهك النموذج القياسي قليلاً. عندما تكون النوى في حالة من الإثارة ، يمكن أن تنبعث منها زوج إلكترون-بوزيترون عندما تتحلل. عدد الأزواج التي لوحظت في زوايا أكبر أعلى من توقعات النموذج القياسي ، ويعرف باسم شذوذ Atomki.
هناك الكثير من التفسيرات المحتملة للشذوذ ، بما في ذلك خطأ التجربة ، ولكن أحد التفسيرات هو أنه بسبب البوزون الذي أطلق عليه الفريق اسم X17. سيكون البوزون الحامل لقوة أساسية خامسة (غير معروفة) ، مع كتلة من 17 MeV. في الورقة الجديدة ، وجد الفريق تباينًا مشابهًا في انحلال الهيليوم -4. يمكن أن يفسر جسيم X17 هذا الشذوذ.
في حين أن هذا يبدو مثيرًا ، إلا أن هناك سببًا للحذر. عند إلقاء نظرة على تفاصيل الورقة الجديدة ، هناك القليل من تعديل البيانات الغريبة. بشكل أساسي ، يفترض الفريق أن X17 دقيق ويظهر أنه يمكن عمل البيانات لتناسب نموذجهم. تبين أن النموذج يستطيع شرح الشذوذ ليس مثل إثبات نموذجك هل شرح الشذوذ. تفسيرات أخرى ممكنة. إذا كان X17 موجودًا ، فيجب أن نراه أيضًا في تجارب الجسيمات الأخرى ، ولم نقم بذلك. إن الدليل على هذه "القوة الخامسة" ضعيف حقًا.
يمكن أن توجد القوة الخامسة ، لكننا لم نجدها بعد. ما نعرفه هو أن النموذج القياسي لا يضيف بالكامل ، وهذا يعني أن بعض الاكتشافات المثيرة للاهتمام تنتظر العثور عليها.
مصدر: دليل جديد يدعم وجود جسيم X17 الافتراضي ، بواسطة Krasznahorkay ، A. J. ، et al.
مصدر: ملاحظة خلق شذوذ داخلي زوجي غير طبيعي في 8: إشارة محتملة لبوزون خفيف محايد ، بواسطة Krasznahorkay، A. J.، et al.
