پنجمین نیروی بنیادی طبیعت چیست؟

اکنون یک تیم تحقیقاتی مستقل با تحلیل دوباره‌ی نتایج، تایید می‌کند که روند غیرعادی مشاهده شده در داده‌های سال‌های قبل می‌تواند دال بر وجود یک نیروی غیر بنیادی جدید باشد. البته تا تایید این ادعا، مسیر زیادی باقی مانده است. ضمن این که آخرین بیانیه‌ی سرن (CERN) به ما یاد داد که گاهی اوقات افزایش تعداد دفعات آزمایش، روندهای غیرعادی داده‌ها را از بین می‌برد. با این حال، از آنجا که این بررسی، احتمال وجود ذرات جدید حامل نیرو را مطرح کرده است، قطعا ارزش پیگیری و تمرکز را دارد.

"جاناتان فنگ" (Jonathan Feng)، سرپرست تیم تحقیقاتی دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید:

چنان‌چه این احتمال به واقعیت تبدیل شود، تحولی عظیم روی خواهد داد. اگر آزمایش‌های بعدی وجود نیروی بنیادی پنجم را تایید کنند، درک ما از جهان هستی و مواردی چون رفتار جسم سیاه و اتحاد نیروها با تغییر مواجه خواهد شد.

خلاصه‌ی ماجرا از این قرار است که سال گذشته یک تیم پژوهشی در آکادمی علوم مجارستان اشعه‌های پرانرژی پروتون را به عنصر لیتیوم-۷ شلیک کردند. اثر پراش انرژی این فرآیند حاکی از وجود یک ذره زیر اتمی فوق‌العاده سبک و جدید بود.

ذره‌ی زیراتمی جدید، نوعی از بوزون بود که فقط ۳۰ برابر از الکترون سنگین‌تر بوده و رفتار آن با استفاده از "مدل استاندارد فیزیک ذرات" قابل پیش‌بینی نبود. در حالی که در این مدل، جامع‌ترین معادلات مربوط به درک جهان هستی وجود دارد.

بنا به مدل استاندارد، هر یک از ۴ نیروی بنیادی به یک بوزون مربوط می‌شوند. به طوری که نیروهای قوی حامل ذرات "گلوئون" هستند. از طرفی نیروی الکترومغناطیسی حامل ذرات نور یا فوتون است و نیروهای ضعیف حامل ذرات بوزون‌های W و Z  هستند.  البته در این میان، هنوز بوزون جاذبه کشف نشده است. (این مورد یکی از جاخالی‌های موجود در مدل استاندارد است که توجیهی برای رفتار جسم سیاه ندارد). با این حال وجود ذره‌ای به نام "گراویتون" پیش‌بینی شده است.

ابتدا تیم مجارستانی احتمال داد که این مشاهده‌ی غیرعادی ناشی از نوعی فوتون‌ تاریک باشد - فوتون تاریک یک ذره‌ی فرضی است که نقش نیروی الکترومغناطیسی را برای ماده‌ی تاریک ایفا می‌کند - با این حال پس از انتشار نتایج اولیه‌ی این تیم، دیگر پژوهشگران بین‌المللی بر روی داده‌های آن‌ها مشغول به کار شدند.

فنگ پیش از آن گفته بود:

اهل تجربه نمی‌توانند ادعایی مبنی بر وجود نیروی جدید کنند. شواهد آن‌ها نشان از وجود یک ذره‌ی جدید دارد. اما معلوم نیست آن ذره ماده باشد یا حامل انرژی به شمار آید.

برای رفع این گونه ابهامات، فنگ و همکارانش داده‌های اصلی را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که روند غیرعادی به طور حتم ارتباطی با ذره‌ی حامل یا فوتون تاریک ندارد. در عوض، محاسبات آن‌ها این‌طور استنباط کرد که این رفتار می‌تواند به علت وجود نوعی ذره‌ی بوزون باشد که به پنجمین نیروی بنیادی طبیعت دلالت دارد. نیروی که می‌تواند رفتار جسم سیاه و بسیاری از معماهای مرموز دنیا را پاسخ‌گو باشد.

نکته‌ی عجیبی که در مورد این فوتون فرضی (که گاهی آن را بوزون پروتوفوبیک X می‌گویند) وجود دارد، این است که این نوع بوزون تنها با الکترون‌ها و نوترون‌ها وارد برهم‌کنش می‌شود و در یک محدوده‌ی کوچک تشخیص بین آن‌ها سخت است.

"تیموتی تیت" (Timothy Tait) یکی از اعضای تیم می‌گوید: "تا به حال بوزونی با این ویژگی مشاهده نکرده بودیم. به همین دلیل از آن به عنوان بوزون X یاد می‌کنیم که نشان از ناشناخته بودن آن دارد."

ابتدا تیم تحقیقاتی، تحلیل‌های خود را در سایت arXiv.org قرار داد. اما پس از گذراندن مراحل بررسی نتایج در  journal Physical Review Letters منتشر شد. پس از انتشار مقاله، تیم تحلیل بعدی خود را در arXiv آپلود کرد تا نتیجه‌گیری‌های قبلی خود را تقویت کند.

بنابراین، تا این قسمت کار می‌دانیم که مدل استاندارد توجیهی برای روند عجیب و غیرعادی ندارد و محاسبات صورت گرفته، این نوسان را احتمالی بر وجود پنجمین نیروی بنیادی طبیعت در نظر می‌گیرند.

با این حال، متاسفانه هنوز به تاییدات تجربی در این باره نرسیده‌ایم. هر چند که محققان سراسر دنیا در تلاش و تکاپو هستند تا به نتایجی در این خصوص، ظرف یک سال آینده برسند.

فنگ در ادامه افزود:

از آن جا که ذره‌ی جدید بسیار سبک است، خیلی از تیم‌های تجربی در آزمایشگاه‌های کوچک خود پیگیر این فرضیه هستند و اکنون افق دید لازم را پیدا کرده‌اند.

شاید این پرسش مطرح شود که با تایید وجود نیروی بنیادی پنجم چه اتفاقی خواهد افتاد؟ البته هنوز راه درازی برای رسیدن به پاسخ این پرسش در پیش داریم اما فنگ خاطرنشان می‌کند که این نیرو به طور بالقوه نیرویی "فوق‌العاده بنیادی" است که می‌تواند به نیروهای الکترومغناطیس و هسته‌ای ضعیف و قوی مرتبط باشد. ضمن این که این احتمال وجود دارد که این نیرو با بخش تاریک ماده و نیروهای آن در تعامل باشد.

فنگ می‌گوید:

ممکن است نیروی بخش تاریک خود را به شکل نیروی پروتوفوبیکی نشان دهد که ما در نتایج آزمایش مجارستانی‌ها مشاهده کردیم. در یک مفهوم گسترده‌تر، این یافته متناسب با تحقیقات اولیه‌ی ما برای درک ماهیت ماده‌ی تاریک است.

هر چند که بررسی این موضوع جذاب به نظر می‌رسد اما هم‌چنان آزمایشات بیشتری برای رسیدن به نتیجه‌ی قطعی مورد نیاز است و هنوز برای ادعای یک کشف جدید خیلی زود است.