Scoperto un nuovo bosone che potrebbe veicolare una quinta forza fondamentale: siamo sull’orlo di una rivoluzione del modello standard?

Una possibile clamorosa scoperta sull'esistenza di una quinta forza fondamentale dell'universo.

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Tutto nel nostro Universo è tenuto insieme o separato da quattro forze fondamentali: gravità, elettromagnetismo e due interazioni nucleari, una debole ed una forte.

Ma una nuova ricerca sembra indicare che possa esistere una quinta forza fisica che emerge da un atomo di elio.


Non è nemmeno la prima volta che i ricercatori affermano di averla intravista. Alcuni anni fa, la individuarono nel decadimento di un isotopo di berillio. Ora lo stesso gruppo di ricercatori afferma di avere ha visto un secondo esempio della misteriosa forza in gioco – e la particella che pensano la stia trasportando, che chiamano X17.

Se la scoperta fosse confermata, non solo imparando di più su X17 potremmo capire meglio le forze che governano il nostro Universo, ma potrebbe anche aiutare gli scienziati a risolvere il problema della materia oscura una volta per tutte.

Attila Krasznahorkay e i suoi colleghi dell’Istituto per la ricerca nucleare in Ungheria sospettavano di aver visto qualcosa di strano già nel 2016, dopo aver analizzato come un atomo di berillio-8 eccitato emette luce mentre decade.

Se quella luce è abbastanza energetica, si trasforma in un elettrone e in un positrone, che si allontanano l’uno dall’altro ad un angolo prevedibile prima di rimpicciolire. In base alla legge di conservazione dell’energia, all’aumentare dell’energia della luce che produce le due particelle, l’angolo tra loro dovrebbe diminuire. Statisticamente parlando, almeno.

Stranamente, questo non è esattamente ciò che Krasznahorkay e il suo team hanno visto. Un inaspettato aumento del numero di elettroni e positroni che si separavano con un angolo di 140 gradi.

Lo studio sembrava abbastanza solido e presto ha attirato l’attenzione di altri ricercatori in tutto il mondo che la responsabile dell’anomalia potesse essere una particella completamente nuova.

Non poteva essere una particella già nota; le sue caratteristiche suggerivano che doveva essere un tipo completamente nuovo di bosone fondamentale.

Non è una pretesa da poco. Attualmente conosciamo quattro forze fondamentali e sappiamo che tre di loro hanno bosoni che determinano attrazione e repulsione.

La quarta forza, la gravità, dovrebbe essere veicolata da un’ipotetica particella nota come “gravitone, che, però, gli scienziati non sono ancora riusciti a rilevare.

Questo nuovo bosone non potrebbe essere una delle particelle che trasportano le quattro forze conosciute, grazie alla sua massa distintiva di (17 megaelettronvolt, o circa 33 volte quella di un elettrone), e alla sua breve durata (da circa 10 a meno di 14 secondi).

Quindi, tutti i segni indicano che questo bosone sia il portatore di una qualche nuova quinta forza.

Ma la fisica non è entusiasta di festeggiare prematuramente. Trovare una nuova particella è sempre una grande novità in fisica e richiede moltissime verifiche, per non parlare della necessità di poter ripetere l’esperimento.

Fortunatamente, la squadra di Krasznahorkay non è stata esattamente seduta sugli allori negli ultimi anni. Da allora hanno cambiato il focus dall’osservare il decadimento del berillio-8 a un cambiamento nello stato di un nucleo di elio eccitato.

Anche in questo caso, i ricercatori hanno trovato coppie di elettroni e positroni che si separano con un angolo che non corrisponde ai modelli attualmente accettati. Questa volta, il numero era più vicino a 115 gradi.

Lavorando all’indietro, il team ha calcolato che il nucleo dell’elio avrebbe potuto produrre anche un bosone di breve durata con una massa appena inferiore a 17 megaelettronvolt.

Per semplicità, lo chiamano X17. Siamo però ancora molto lontani dal poter affermare che abbiano trovato ufficialmente una nuova particella da aggiungere a qualsiasi modello sulla materia.

Mentre l’esperimento del 2016 è stato accettato su Physical Review Letters, questo ultimo studio non è ancora stato sottoposto a peer review. I risultati sono disponibili su arXiv, dove sono stati caricati per essere esaminati da altri specialisti del settore.

Il fato importante è che se questo strano bosone non è solo un’illusione causata da qualche vibrazione sperimentale, il fatto che interagisca con i neutroni suggerisce l’esistenza una quinta forza che non agisce come le quattro forze tradizionali.

Qui si inserisce il mistero della materia oscura e della spettrale azione che sembra avere sull’universo: una particella fondamentale completamente nuova potrebbe indicare una soluzione al mistero che sta dando il mal di testa a tutti i fisici, fornendo un modo per collegare la materia che possiamo vedere con la materia che non vediamo.

In effetti, un certo numero di esperimenti sulla materia oscura hanno inquadrato una particella da 17 megaelettronvolt. Finora non hanno trovato nulla, ma è troppo presto per escludere qualsiasi cosa.

Riorganizzare il modello standard di forze conosciute e le loro particelle per fare spazio a un nuovo membro della famiglia comporterebbe una vera e propria rivoluzione nella nostra idea di come funziona l’universo, non sarebbe un cambiamento da apportare alla leggera.

Tuttavia, qualcosa come X17 potrebbe essere proprio quello che stiamo cercando.

Questa ricerca è disponibile su  arXiv in attesa delle peer review.