Trong một thời gian, các nhà vật lý đã hiểu rằng tất cả các hiện tượng được biết đến trong Vũ trụ đều bị chi phối bởi bốn lực cơ bản. Chúng bao gồm lực hạt nhân yếu, lực hạt nhân mạnh, lực điện từ và trọng lực. Trong khi ba lực đầu tiên đều là một phần của Mô hình chuẩn của vật lý hạt và có thể được giải thích thông qua cơ học lượng tử, sự hiểu biết của chúng ta về lực hấp dẫn phụ thuộc vào Thuyết tương đối của Einstein.
Hiểu làm thế nào bốn lực này khớp với nhau là mục tiêu của vật lý lý thuyết trong nhiều thập kỷ, từ đó dẫn đến sự phát triển của nhiều lý thuyết cố gắng hòa giải chúng (tức là Lý thuyết siêu chuỗi, Trọng lực lượng tử, Lý thuyết thống nhất, v.v.). Tuy nhiên, những nỗ lực của họ có thể phức tạp (hoặc được giúp đỡ) nhờ vào nghiên cứu mới cho thấy có thể chỉ có một lực lượng thứ năm trong công việc.
Trong một bài báo được công bố gần đây trên tạp chí Thư đánh giá vật lý, một nhóm nghiên cứu từ Đại học California, Irvine giải thích các thí nghiệm vật lý hạt gần đây có thể mang lại bằng chứng về một loại boson mới như thế nào. Boson này rõ ràng không hoạt động như các boson khác làm, và có thể là một dấu hiệu cho thấy có một lực lượng tự nhiên khác ngoài đó chi phối các tương tác cơ bản.
Như Jonathan Feng, giáo sư vật lý & thiên văn học tại UCI và là một trong những tác giả chính của bài báo, cho biết:
Nếu đúng, nó có tính cách mạng. Trong nhiều thập kỷ, chúng tôi đã biết đến bốn lực cơ bản: lực hấp dẫn, lực điện từ và lực hạt nhân mạnh và yếu. Nếu được xác nhận bằng các thí nghiệm tiếp theo, phát hiện về lực thứ năm có thể này sẽ thay đổi hoàn toàn sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ, với hậu quả cho sự thống nhất giữa các lực lượng và vật chất tối.
Những nỗ lực dẫn đến khám phá tiềm năng này bắt đầu từ năm 2015, khi nhóm UCI bắt gặp một nghiên cứu từ một nhóm các nhà vật lý hạt nhân thực nghiệm từ Viện nghiên cứu khoa học hạt nhân Hungary. Vào thời điểm đó, các nhà vật lý này đang tìm kiếm một dị thường phân rã phóng xạ ám chỉ sự tồn tại của một hạt ánh sáng nặng hơn 30 lần so với điện tử.
Trong một bài viết mô tả nghiên cứu của họ, trưởng nhóm nghiên cứu Attila Krasnznahorka và các đồng nghiệp của ông đã tuyên bố rằng những gì họ đang quan sát có thể là việc tạo ra các photon tối tối Hồi. Nói tóm lại, họ tin rằng cuối cùng họ có thể tìm thấy bằng chứng về Dark Matter, khối lượng bí ẩn, vô hình chiếm khoảng 85% khối lượng Vũ trụ.
Báo cáo này phần lớn bị bỏ qua vào thời điểm đó, nhưng đã nhận được sự chú ý rộng rãi vào đầu năm nay khi Giáo sư Feng và nhóm nghiên cứu của ông tìm thấy nó và bắt đầu đánh giá kết luận của nó. Nhưng sau khi nghiên cứu kết quả của các đội Hungary và so sánh chúng với các thí nghiệm trước đó, họ đã kết luận rằng bằng chứng thực nghiệm không hỗ trợ sự tồn tại của các photon tối.
Thay vào đó, họ đề xuất rằng khám phá này có thể chỉ ra sự hiện diện có thể có của một lực lượng cơ bản thứ năm của tự nhiên. Những phát hiện này đã được công bố trên arXiv vào tháng 4, được theo dõi bởi một bài báo có tiêu đề Mô hình vật lý hạt của hạt đối với sự bất thường 17 MeV trong Beryllium hạt nhân Decays, được xuất bản trong PRL Thứ Sáu vừa qua.
Về cơ bản, nhóm UCI lập luận rằng thay vì một photon tối, điều mà nhóm nghiên cứu Hungary có thể đã chứng kiến là việc tạo ra một boson chưa được phát hiện trước đây - mà họ đã đặt tên là protosobic X boson. Trong khi các boson khác tương tác với các electron và proton, thì boson giả thuyết này chỉ tương tác với các electron và neutron và chỉ ở một phạm vi cực kỳ hạn chế.
Sự tương tác hạn chế này được cho là lý do tại sao hạt vẫn chưa được biết đến cho đến bây giờ, và tại sao tính từ này có thể được thêm vào tên. Timothy Tait không có boson nào khác mà chúng tôi quan sát thấy có đặc điểm tương tự, Timothy Tait, giáo sư vật lý & thiên văn học tại UCI và là đồng tác giả của bài báo nói. Đôi khi chúng tôi cũng chỉ gọi nó là b X boson, ở đó ‘X. nghĩa là không rõ.
Nếu một hạt như vậy tồn tại, khả năng đột phá nghiên cứu có thể là vô tận. Feng hy vọng nó có thể được tham gia cùng với ba lực lượng khác chi phối các tương tác hạt (lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và yếu) như một lực lượng lớn hơn, cơ bản hơn. Feng cũng suy đoán rằng phát hiện có thể này có thể chỉ ra sự tồn tại của một khu vực tối tăm của Vương quốc vũ trụ của chúng ta, vốn bị chi phối bởi vật chất và lực lượng của chính nó.
Có thể nói rằng hai lĩnh vực này nói chuyện với nhau và tương tác với nhau thông qua các tương tác có phần che giấu nhưng cơ bản, ông nói. Lực lượng khu vực tối này có thể biểu hiện là lực lượng bảo vệ mà chúng tôi thấy là kết quả của thí nghiệm Hungary. Theo nghĩa rộng hơn, nó phù hợp với nghiên cứu ban đầu của chúng tôi để hiểu bản chất của vật chất tối.
Nếu điều này là đúng, thì các nhà vật lý có thể tiến gần hơn để tìm ra sự tồn tại của vật chất tối (và thậm chí là năng lượng tối), hai trong số những bí ẩn lớn nhất trong vật lý thiên văn hiện đại. Hơn nữa, nó có thể hỗ trợ các nhà nghiên cứu tìm kiếm vật lý ngoài Mô hình Chuẩn - điều mà các nhà nghiên cứu tại CERN đã bận tâm kể từ khi phát hiện ra Higgs Boson vào năm 2012.
Nhưng như Feng lưu ý, chúng ta cần xác nhận sự tồn tại của hạt này thông qua các thí nghiệm tiếp theo trước khi chúng ta bị kích thích bởi ý nghĩa của nó:
Hạt này không nặng lắm, và các phòng thí nghiệm đã có những năng lượng cần thiết để tạo ra nó kể từ những năm 50 của thập niên 50 và thập niên 60. Nhưng lý do mà nó khó tìm thấy là các tương tác của nó rất yếu. Điều đó nói rằng, vì hạt mới rất nhẹ, có nhiều nhóm thử nghiệm làm việc trong các phòng thí nghiệm nhỏ trên khắp thế giới có thể theo dõi các tuyên bố ban đầu, bây giờ họ biết nơi để tìm.
Như trường hợp gần đây liên quan đến CERN - nơi các đội LHC bị buộc phải thông báo rằng họ đã không phải đã phát hiện ra hai hạt mới - chứng tỏ, điều quan trọng là không đếm gà của chúng ta trước khi chúng được gà trống. Như mọi khi, lạc quan thận trọng là cách tiếp cận tốt nhất cho những phát hiện mới tiềm năng.
