Mystisk fysikresultat kan forklares med en femte naturkraft

Et fysikeksperiment på det ungarske videnskabsakademis institut for kerneforskning i Debrecen er endt med et mystisk resultat, der kræver en god forklaring:

En højenergisk tilstand af beryllium henfalder nemlig ikke på den måde, forskerne regnede med.

I en videnskabelig artikel publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters har de ungarske forskere beregnet sandsynligheden for, at der ikke foregår noget usædvanligt, og at der altså ikke blot er tale om en statistisk tilfældighed, til at være 1 ud af 200 milliarder.

Men hvad det så præcis er, forskerne har opdaget, er et åbent spørgsmål.

Fysikernes bedste forklaring på observationerne er, at en hidtil ukendt og forholdsvis let partikel er på spil. Partiklen må have en masse, der er cirka 33 gange så stor som elektronens.

Partiklen kan bære en ny naturkraft

Den hypotetiske partikel passer ikke rigtig ind i partikelfysikernes standardmodel.

Men måske er der tale om en partikel, der så at sige sørger for forbindelsen mellem mørkt stof og almindeligt stof.

Der kan også være tale om en kraftpartikel, der formidler en ny form for naturkraft, eller måske begge dele.

En gruppe amerikanske fysikere, der netop har kigget nærmere på resultaterne af det ungarske forsøg, peger på, at det må være en let kraftpartikel.

I så fald må der være tale om en meget svag og kortrækkende kraft, der kun virker over afstande på få gange diameteren af en atomkerne – omtrent som den svage kernekraft, omend meget svagere.

LÆS OGSÅ: Mystisk signal kan stamme fra ukendt femte urkraft

Passer i modeller for mørkt stof

Resultatet har naturligt nok vakt en del opsigt blandt fysikere rundtomkring på kloden, herunder hos lektor Mads Toudal Frandsen fra Syddansk Universitets center for partikelfysik, CP3-Origins:

»Det er et potentielt spændende resultat, lad os sige det sådan. Hvis der er en ny naturkraft, kunne den godt være båret af let partikel.«

»Inden for nogle modeller for mørkt stof er det også en tiltalende mulighed – her er det simpelthen en nødvendighed, at du har en ret let partikel, der så at sige bærer kommunikationen mellem mørkt stof og de almindelige, kendte partikler.«

De amerikanske fysikere noterer sig, at en ny naturkraft måske også kan forklare nogle andre uventede resultater af partikelfysik-eksperimenter.

Specielt har det magnetiske moment af elementarpartikler kaldet myoner vist sig at afvige en del fra det, man teoretisk havde forventet, og det hænger måske sammen med den femte kraft.

LÆS OGSÅ: Nyt CERN-resultat antyder hidtil ukendt partikel

Høje vinkler overraskede

I det ungarske eksperiment skød fysikerne protoner mod folier af litiumforbindelser ved hjælp af en partikelaccelerator. Når en proton blev optaget i en litium-kerne, var resultatet en ustabil beryllium-kerne med høj energi.

De radioaktive beryllium-kerner ville gerne af med den overskydende energi, og det skete en sjælden gang imellem ved, at de udsendte partikelpar bestående af en elektron og dens antipartikel, en positron. Så langt var det helt efter bogen.

Overraskelsen kom, da fysikerne kiggede på vinklen mellem banerne for de udsendte partikler, der blev fanget af detektorer.

Ifølge teorien skulle der være en lineær sammenhæng mellem antallet af detekterede partikler og vinklen imellem deres baner. I mange tilfælde skulle vinklen være lav, i få skulle den være høj.

Men ved en høj vinkel på cirka 140 grader var der et bump på kurven. Uventet mange henfaldspartikler blev udsendt med en meget høj vinkel imellem sig.

Det er dette fænomen, som fysikerne bedst kan forklare med, at den energirige berylliumkerne først henfalder til en ny og hidtil ukendt partikel, som så i anden omgang henfalder til elektron-position-parret.

LÆS OGSÅ: Forskere finder partikel, som både er stof og antistof

Nu skal resultatet tjekkes

Selvfølgelig kan der også være tale om en fejl i målingerne, selv om de ungarske fysikere føler sig ganske overbeviste om, at det ikke er tilfældet, nu hvor de har gentaget eksperimentet mange gange og løbende har forbedret forsøgsopstillingen igennem tre år.

»I forsøget har man kigget efter henfaldsprocesser, der er meget sjældne, og det er altid en eksperimentel udfordring. Måske er der et eller andet i det eksperimentelle setup, de ikke har styr på. Men deres data er umiddelbart overbevisende,« siger Mads Toudal Frandsen.

Det er også muligt, at beryllium simpelthen kan henfalde på en måde, som fysikerne endnu ikke har forestillet sig, og at det er sådan, det hele hænger sammen.

Resultatet skal tjekkes af andre fysikere rundtomkring i verden, og i løbet af et års tid skulle det være muligt at afgøre, om partiklen findes eller ej. Det skriver Nature News.

»Nu har man et mål. Nu kan man designe eksperimenter, der går efter den hypotetiske partikel,« siger Mads Toudal Frandsen og fortsætter:

»Den hypotetiske partikel henfalder jo til en elektron og en positron. Der findes små partikelacceleratorer, hvor man lader elektroner og positroner kollidere, og hvis man kørte eksperimenter i nærheden af den energi, som den ukendte partikel har, så ville den blive produceret og så henfalde tilbage til en elektron og en positron. Det vil man kunne observere.«

Hvis partiklen rent faktisk viser sig at eksistere, vil de ungarske forskere utvivlsomt få en plads i historiebøgerne.

Hvis ikke, forsætter jagten på ny fysik, der kan forklare, hvordan universet hænger sammen på det mest fundamentale plan.

LÆS OGSÅ: Mulig CERN-opdagelse kan føre til teori om alting

LÆS OGSÅ: Higgs-partiklen fundet med 99,99 procents sikkerhed

LÆS OGSÅ: Mulig CERN-opdagelse kan føre til teori om alting