Das Universum wird von vier fundamentalen Kräften beherrscht: Schwerkraft, Elektromagnetismus und den starken und schwachen Kernkräften. Diese Kräfte steuern die Bewegung und das Verhalten von allem, was wir um uns herum sehen. Zumindest denken wir das so. In den letzten Jahren gab es jedoch zunehmend Hinweise auf eine fünfte fundamentale Kraft. Neue Forschungen haben diese fünfte Kraft nicht entdeckt, aber sie zeigen, dass wir diese kosmischen Kräfte immer noch nicht vollständig verstehen.
Die Grundkräfte sind Teil des Standardmodells der Teilchenphysik. Dieses Modell beschreibt alle verschiedenen Quantenteilchen, die wir beobachten, wie Elektronen, Protonen, Antimaterie und dergleichen. Quarks, Neutrinos und das Higgs-Boson sind Teil des Modells.
Der Begriff „Kraft“ im Modell ist eine Fehlbezeichnung. Im Standardmodell ist jede Kraft das Ergebnis einer Art Trägerboson. Photonen sind das Trägerboson für Elektromagnetismus. Gluonen sind die Trägerbosonen für die Starken, und Bosonen, die als W und Z bekannt sind, sind für die Schwachen. Die Schwerkraft ist technisch gesehen kein Teil des Standardmodells, es wird jedoch angenommen, dass die Quantengravitation ein Boson hat, das als Graviton bekannt ist. Wir verstehen die Quantengravitation noch nicht vollständig, aber eine Idee ist, dass die Gravitation mit dem Standardmodell vereinigt werden kann, um eine großartige einheitliche Theorie zu erstellen (DARM).
Jedes Partikel, das wir jemals entdeckt haben, ist Teil des Standardmodells. Das Verhalten dieser Partikel entspricht äußerst genau dem Modell. Wir haben nach Partikeln gesucht, die über das Standardmodell hinausgehen, aber bisher noch keine gefunden. Das Standardmodell ist ein Triumph des wissenschaftlichen Verständnisses. Es ist der Höhepunkt der Quantenphysik.
Aber wir haben angefangen zu lernen, dass es einige ernsthafte Probleme gibt.
Zunächst wissen wir jetzt, dass das Standardmodell nicht so mit der Schwerkraft kombiniert werden kann, wie wir es uns vorgestellt haben. Im Standardmodell „vereinen“ sich die fundamentalen Kräfte bei höheren Energieniveaus. Elektromagnetismus und Schwaches verbinden sich zum Elektroschwachen, und das Elektroschwache vereinigt sich mit dem Starken, um die elektronenkernige Kraft zu werden. Bei extrem hohen Energien sollten sich die elektronenkern- und gravitationskräfte vereinigen. Experimente in der Teilchenphysik haben gezeigt, dass die Vereinigungsenergien nicht übereinstimmen.
Problematischer ist das Thema Dunkle Materie. Dunkle Materie wurde zuerst vorgeschlagen, um zu erklären, warum sich Sterne und Gas am äußeren Rand einer Galaxie schneller bewegen als durch die Schwerkraft vorhergesagt. Entweder ist unsere Gravitationstheorie irgendwie falsch, oder es muss eine unsichtbare (dunkle) Masse in Galaxien geben. In den letzten fünfzig Jahren sind die Beweise für dunkle Materie sehr stark geworden. Wir haben beobachtet, wie dunkle Materie Galaxien zusammenballt, wie sie in bestimmten Galaxien verteilt ist und wie sie sich verhält. Wir wissen, dass es nicht stark mit regulärer Materie oder sich selbst interagiert und in den meisten Galaxien den größten Teil der Masse ausmacht.
Das Standardmodell enthält jedoch keine Partikel, aus denen dunkle Materie bestehen könnte. Es ist möglich, dass dunkle Materie aus kleinen schwarzen Löchern besteht, aber astronomische Daten unterstützen diese Idee nicht wirklich. Dunkle Materie besteht höchstwahrscheinlich aus einem noch unentdeckten Teilchen, das das Standardmodell nicht vorhersagt.
Dann gibt es dunkle Energie. Detaillierte Beobachtungen entfernter Galaxien zeigen, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Es scheint eine Art Energie zu geben, die diesen Prozess antreibt, und wir verstehen nicht, wie. Es könnte sein, dass diese Beschleunigung das Ergebnis der Struktur von Raum und Zeit ist, einer Art kosmologischer Konstante, die bewirkt, dass sich das Universum ausdehnt. Es könnte sein, dass dies von einer neuen Kraft angetrieben wird, die noch entdeckt werden muss. Was auch immer dunkle Energie ist, sie macht mehr als zwei Drittel des Universums aus.
All dies weist darauf hin, dass das Standardmodell bestenfalls unvollständig ist. Es gibt Dinge, die uns in der Funktionsweise des Universums grundlegend fehlen. Es wurden viele Ideen vorgeschlagen, um das Standardmodell zu fixieren, von Supersymmetrie bis zu noch unentdeckten Quarks, aber eine Idee ist, dass es eine fünfte fundamentale Kraft gibt. Diese Kraft hätte ihre eigenen Trägerbosonen sowie neue Partikel, die über die von uns entdeckten hinausgehen.
Diese fünfte Kraft würde auch auf subtile Weise mit den beobachteten Partikeln interagieren, die dem Standardmodell widersprechen. Dies bringt uns zu einem neuen Artikel, in dem behauptet wird, Beweise für eine solche Wechselwirkung zu haben.
Die Arbeit befasst sich mit einer Anomalie beim Zerfall von Helium-4-Kernen und baut auf einer früheren Untersuchung des Zerfalls von Beryllium-8 auf. Beryllium-8 hat einen instabilen Kern, der in zwei Helium-4-Kerne zerfällt. Im Jahr 2016 stellte das Team fest, dass der Zerfall von Beryllium-8 das Standardmodell leicht zu verletzen scheint. Wenn sich die Kerne in einem angeregten Zustand befinden, kann sie beim Zerfall ein Elektron-Positron-Paar emittieren. Die Anzahl der bei größeren Winkeln beobachteten Paare ist höher als vom Standardmodell vorhergesagt und als Atomki-Anomalie bekannt.
Es gibt viele mögliche Erklärungen für die Anomalie, einschließlich Experimentierfehlern, aber eine Erklärung ist, dass sie durch Boson verursacht wurde, das Team namens X17. Es wäre das Trägerboson für eine (noch unbekannte) fünfte Grundkraft mit einer Masse von 17 MeV. In der neuen Arbeit fand das Team eine ähnliche Diskrepanz beim Zerfall von Helium-4. Das X17-Teilchen könnte diese Anomalie ebenfalls erklären.
Das klingt zwar aufregend, aber es gibt Grund zur Vorsicht. Wenn Sie sich die Details des neuen Papiers ansehen, werden einige seltsame Daten optimiert. Grundsätzlich geht das Team davon aus, dass X17 korrekt ist und zeigt, dass die Daten so angepasst werden können, dass sie zu ihrem Modell passen. Zeigen, dass ein Modell kann Erklären Sie, dass die Anomalien nicht mit dem Nachweis Ihres Modells identisch sind tut Erklären Sie die Anomalien. Andere Erklärungen sind möglich. Wenn X17 existiert, hätten wir es auch in anderen Partikelexperimenten sehen sollen, und das haben wir nicht. Die Beweise für diese „fünfte Kraft“ sind wirklich schwach.
Die fünfte Kraft könnte existieren, aber wir haben sie noch nicht gefunden. Was wir wissen ist, dass das Standardmodell nicht vollständig passt, und das bedeutet, dass einige sehr interessante Entdeckungen darauf warten, gefunden zu werden.
Quelle: Neue Beweise für die Existenz des hypothetischen X17-Partikels von Krasznahorkay, A. J., et al.
Quelle: Beobachtung der anomalen inneren Paarbildung in be 8: Ein möglicher Hinweis auf ein leichtes, neutrales Boson von Krasznahorkay, A. J., et al.
