Spectrometru electron-pozitron

Câte tipuri de forţe există în Univers? Cunoaştem patru: forţa electromagnetică, forţa nucleară tare,  forţa nucleară slabă şi forţa atracţiei gravitaţionale. În cadrul unui experiment efectuat recent într-un  laborator din Ungaria se pare că a fost însă descoperită  o nouă particulă, cu masa cam de 30 de ori mai mare decât cea a electronului. Această particulă ar putea fi legată de existenţa unei noi forţe în Univers – a cincea forţă! Mulţi cercetători sunt însă sceptici şi aşteaptă noi rezultate care să confirme descoperirea cercetătorilor maghiari.



În timp ce experimentele de la Large Hadron Collider de la CERN, Geneva, vânează noi particule în căutarea candidaţilor pentru a explica materia întunecată, iată că într-un mic laborator din Ungaria, folosind un spectrometru electron-pozitron, în cadrul un proiect de cercetare mult mai puţin costisitor decât cele de la LHC, un grup restrâns de cercetători a descoperit un semnal care ar putea indica prezenţa unei noi particule, pe care nimeni nu a văzut-o până acum: un foton întunecat.

Un grup de cercetători condus de Attila Krasznahorkay a efectuat un experiment la Debrecen în cadrul căruia se studia modul în care sunt emişi electronii şi pozitronii (antiparticula electronului) atunci când o ţintă de litiu-7 a fost bombardată cu un fascicul de protoni. În urma interacţiunilor nucleare se formau nuclee de beriliu-8 într-o stare excitată. Urma un proces de dezexcitare în urma căruia erau emise perechi de electroni şi pozitroni.

Cercetătorii se aşteptau ca pe măsură ce creşte unghiul dintre electroni şi pozitroni numărul acestora să scadă. Cu mirare însă au constatat că pentru un anumit unghi, în jur de 140 de grade, numărul perechilor creştea, după care scădea din nou. Interpretarea acestui rezultat neaşteptat arată cum un proces de acest gen ar fi posibil dacă în urma interacţiunii protonilor cu nucleele de litiu ar lua naştere o nouă particulă cu masa de circa 17 MeV (adică de circa 33 de ori mai grea decât electronii).

Cercetătorii maghiari au publicat rezultatul acestui experiment atât pe arXiv, cât şi în revista Physics Review Letters, dând naştere la multe discuţii.

Mulţi cercetători sunt convinşi că pe undeva este o eroare – motiv pentru care mai multe grupuri încearcă să repete acest experiment pentru a vedea dacă găsesc aceleaşi rezultate.

Alţi cercetători însă sunt în căutarea unei posibile explicaţii fizice. Ce anume ar putea să fie noua particula? Există mai multe propuneri, toate exotice, întrucât, dacă existenţa acestei particule va fi confirmată, nu are loc în cadrul modelului standard al particulelor elementare.

Noua particulă ar putea fi deci un indicator al existenţei unei noi forţe în Univers – a cincea forţă, pe lângă cele patru cunoscute: electromagnetică, nucleară tare, nucleară slabă şi gravitaţională. Această nouă forţă ar putea avea legătură cu materia întunecată – cea care alcătuieşte mai bine de 80% din  Univers (materia pe care o cunoaştem, de exemplu atomii, stelele şi planetele, alcătuieşte doar 20% din din Univers). Particula cu masa de 17 MeV ar putea reprezenta echivalentul fotonilor din cadrul interacţiunii electromagnetice pentru noua forţă. Un fel de “fotoni întunecaţi”, care sunt schimbaţi de particulele de materie întunecată nedescoperite încă. Toate aceste procese ar avea loc în cadrul unui Univers întunecat, care interacţionează cu al nostru prin forţe gravitaţionale şi, poate, tocmai prin această nouă forţă.

Atât grupul maghiar, cât şi cercetători din alte laboratoare în întreaga lume încearcă să pună la punct noi experimente în cadrul cărora să confirme (sau nu) descoperirea grupului din Debrecen.

Probabil în următorul an vom avea alte rezultate şi vom afla dacă într-adevăr există o nouă particulă sau rezultatul grupului maghiar are o explicaţie în cadrul modelului standard.

Dacă va fi confirmată, această descoperire este epocală; ne-ar ajuta să vedem vârful icebergului universului întunecat şi, poate, ne va da şi indiciu despre energia întunecată - unul dintre cele mai mari mistere ale fizicii moderne.