El universo está gobernado por cuatro fuerzas fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles. Estas fuerzas impulsan el movimiento y el comportamiento de todo lo que vemos a nuestro alrededor. Al menos eso es lo que pensamos. Pero en los últimos años ha habido una creciente evidencia de una quinta fuerza fundamental. Una nueva investigación no ha descubierto esta quinta fuerza, pero sí muestra que todavía no entendemos completamente estas fuerzas cósmicas.
Las fuerzas fundamentales son parte del modelo estándar de física de partículas. Este modelo describe todas las partículas cuánticas que observamos, como electrones, protones, antimateria y demás. Quarks, neutrinos y el bosón de Higgs son parte del modelo.
El término "fuerza" en el modelo es un poco inapropiado. En el modelo estándar, cada fuerza es el resultado de un tipo de bosón portador. Los fotones son el bosón portador del electromagnetismo. Los gluones son los bosones portadores para los fuertes, y los bosones conocidos como W y Z son para los débiles. La gravedad no es técnicamente parte del modelo estándar, pero se supone que la gravedad cuántica tiene un bosón conocido como gravitón. Todavía no entendemos completamente la gravedad cuántica, pero una idea es que la gravedad se puede unir con el modelo estándar para producir una gran teoría unificada (INTESTINO).
Cada partícula que hemos descubierto es parte del modelo estándar. El comportamiento de estas partículas coincide con el modelo con extrema precisión. Hemos buscado partículas más allá del modelo estándar, pero hasta ahora nunca hemos encontrado ninguna. El modelo estándar es un triunfo de la comprensión científica. Es el pináculo de la física cuántica.
Pero hemos empezado a aprender que tiene algunos problemas serios.
Para empezar, ahora sabemos que el modelo estándar no se puede combinar con la gravedad de la manera que pensamos. En el modelo estándar, las fuerzas fundamentales se "unifican" a niveles de energía más altos. El electromagnetismo y el débil se combinan en el electrodébil, y el electrolítico se une con el fuerte para convertirse en la fuerza electronuclear. A energías extremadamente altas, las fuerzas electrónicas y gravitacionales deberían unificarse. Los experimentos en física de partículas han demostrado que las energías de unificación no coinciden.
Más problemático es el tema de la materia oscura. La materia oscura se propuso por primera vez para explicar por qué las estrellas y el gas en el borde exterior de una galaxia se mueven más rápido de lo previsto por la gravedad. O nuestra teoría de la gravedad está de alguna manera equivocada, o debe haber alguna masa invisible (oscura) en las galaxias. En los últimos cincuenta años, la evidencia de la materia oscura se ha vuelto realmente fuerte. Hemos observado cómo la materia oscura agrupa las galaxias, cómo se distribuye dentro de galaxias particulares y cómo se comporta. Sabemos que no interactúa fuertemente con la materia regular o en sí misma, y constituye la mayoría de la masa en la mayoría de las galaxias.
Pero no hay partículas en el modelo estándar que puedan formar materia oscura. Es posible que la materia oscura esté hecha de algo como pequeños agujeros negros, pero los datos astronómicos realmente no respaldan esa idea. Lo más probable es que la materia oscura esté hecha de partículas aún no descubiertas, una que el modelo estándar no predice.
Entonces hay energía oscura. Observaciones detalladas de galaxias distantes muestran que el universo se está expandiendo a un ritmo cada vez mayor. Parece que hay algún tipo de energía que impulsa este proceso, y no entendemos cómo. Podría ser que esta aceleración sea el resultado de la estructura del espacio y el tiempo, una especie de constante cosmológica que hace que el universo se expanda. Podría ser que esto sea impulsado por alguna fuerza nueva aún por descubrir. Cualquiera que sea la energía oscura, constituye más de dos tercios del universo.
Todo esto apunta al hecho de que el modelo estándar es, en el mejor de los casos, incompleto. Hay cosas que nos faltan fundamentalmente en la forma en que funciona el universo. Se han propuesto muchas ideas para arreglar el modelo estándar, desde la supersimetría hasta los quarks aún no descubiertos, pero una idea es que hay una quinta fuerza fundamental. Esta fuerza tendría sus propios bosones portadores, así como nuevas partículas más allá de las que hemos descubierto.
Esta quinta fuerza también interactuaría con las partículas que hemos observado en formas sutiles que contradicen el modelo estándar. Esto nos lleva a un nuevo artículo que afirma tener evidencia de tal interacción.
El documento analiza una anomalía en la descomposición de los núcleos de helio-4, y se basa en un estudio anterior de las desintegraciones de berilio-8. El berilio-8 tiene un núcleo inestable que se desintegra en dos núcleos de helio-4. En 2016, el equipo descubrió que la descomposición del berilio-8 parece violar ligeramente el modelo estándar. Cuando los núcleos están en un estado excitado, puede emitir un par electrón-positrón a medida que se desintegra. El número de pares observados en ángulos más grandes es mayor de lo que predice el modelo estándar, y se conoce como la anomalía Atomki.
Hay muchas explicaciones posibles para la anomalía, incluido el error del experimento, pero una explicación es que es causada por un bosón que el equipo llamó X17. Sería el bosón portador de una quinta fuerza fundamental (aún desconocida), con una masa de 17 MeV. En el nuevo artículo, el equipo encontró una discrepancia similar en la descomposición del helio-4. La partícula X17 también podría explicar esta anomalía.
Si bien esto suena emocionante, hay razones para ser cautelosos. Cuando miras los detalles del nuevo documento, hay un poco de ajuste de datos extraño. Básicamente, el equipo asume que X17 es preciso y muestra que los datos pueden ajustarse a su modelo. Mostrando que un modelo lata explicar las anomalías no es lo mismo que probar tu modelo hace Explicar las anomalías. Otras explicaciones son posibles. Si X17 existe, también deberíamos haberlo visto en otros experimentos de partículas, y no lo hemos hecho. La evidencia de esta "quinta fuerza" es realmente débil.
La quinta fuerza podría existir, pero aún no la hemos encontrado. Lo que sí sabemos es que el modelo estándar no cuadra completamente, y eso significa que algunos descubrimientos muy interesantes están a la espera de ser encontrados.
Fuente: Nueva evidencia que apoya la existencia de la partícula hipotética X17, por Krasznahorkay, A. J., et al.
Fuente: Observación de la creación de pares internos anómalos en be 8: una posible indicación de un bosón ligero y neutro, por Krasznahorkay, A. J., et al.
