Depuis quelque temps, les physiciens ont compris que tous les phénomènes connus dans l'Univers sont régis par quatre forces fondamentales. Ceux-ci incluent une force nucléaire faible, une force nucléaire forte, l'électromagnétisme et la gravité. Alors que les trois premières forces de font toutes partie du modèle standard de la physique des particules et peuvent être expliquées par la mécanique quantique, notre compréhension de la gravité dépend de la théorie d'Einstein de la relativité.
Comprendre comment ces quatre forces s'emboîtent a été le but de la physique théorique pendant des décennies, ce qui a conduit au développement de multiples théories qui tentent de les réconcilier (à savoir la théorie des super cordes, la gravité quantique, la théorie unifiée, etc.). Cependant, leurs efforts peuvent être compliqués (ou aidés) grâce à de nouvelles recherches qui suggèrent qu'il ne pourrait y avoir qu'une cinquième force au travail.
Dans un article récemment publié dans la revue Lettres d'examen physique, une équipe de recherche de l'Université de Californie, Irvine explique comment de récentes expériences en physique des particules ont pu fournir des preuves d'un nouveau type de boson. Ce boson ne se comporte apparemment pas comme les autres bosons, et peut être une indication qu'il existe encore une autre force de la nature qui régit les interactions fondamentales.
Comme Jonathan Feng, professeur de physique et d'astronomie à l'UCI et l'un des principaux auteurs du document, a déclaré:
"Si c'est vrai, c'est révolutionnaire. Depuis des décennies, nous connaissons quatre forces fondamentales: la gravitation, l’électromagnétisme et les forces nucléaires fortes et faibles. Si elle était confirmée par d'autres expériences, cette découverte d'une cinquième force possible changerait complètement notre compréhension de l'univers, avec des conséquences pour l'unification des forces et de la matière noire. »
Les efforts qui ont conduit à cette découverte potentielle ont commencé en 2015, lorsque l'équipe de l'UCI est tombée sur une étude d'un groupe de physiciens nucléaires expérimentaux de l'Académie hongroise des sciences Institut pour la recherche nucléaire. À l'époque, ces physiciens examinaient une anomalie de désintégration radioactive qui laissait présager l'existence d'une particule lumineuse qui était 30 fois plus lourde qu'un électron.
Dans un document décrivant leurs recherches, le chercheur principal Attila Krasznahorka et ses collègues ont affirmé que ce qu'ils observaient pourrait être la création de «photons sombres». En bref, ils pensaient avoir enfin trouvé des preuves de la matière noire, la masse mystérieuse et invisible qui représente environ 85% de la masse de l'Univers.
Ce rapport a été largement ignoré à l'époque, mais a suscité une large attention plus tôt cette année lorsque le professeur Feng et son équipe de recherche l'ont trouvé et ont commencé à évaluer ses conclusions. Mais après avoir étudié les résultats des équipes hongroises et les avoir comparés aux expériences précédentes, ils ont conclu que les preuves expérimentales ne soutenaient pas l'existence de photons sombres.
Au lieu de cela, ils ont proposé que la découverte pourrait indiquer la présence possible d'une cinquième force fondamentale de la nature. Ces résultats ont été publiés dans arXiv en avril, suivi d'un article intitulé «Modèles de physique des particules pour l'anomalie de 17 MeV dans les désintégrations nucléaires du béryllium», qui a été publié dans PRL vendredi dernier.
Essentiellement, l'équipe UCI fait valoir qu'au lieu d'un photon sombre, ce que l'équipe de recherche hongroise aurait pu voir était la création d'un boson jusque-là inconnu - qu'ils ont appelé le «boson X protophobe». Alors que d'autres bosons interagissent avec des électrons et des protons, ce boson hypothétique n'interagit qu'avec des électrons et des neutrons, et uniquement à une portée extrêmement limitée.
On pense que cette interaction limitée est la raison pour laquelle la particule est restée inconnue jusqu'à présent, et pourquoi les adjectifs «photobes» et «X» sont ajoutés au nom. "Il n'y a pas d'autre boson que nous ayons observé qui ait cette même caractéristique", a déclaré Timothy Tait, professeur de physique et d'astronomie à l'UCI et co-auteur de l'article. «Parfois, nous l'appelons aussi simplement le« boson X », où« X »signifie inconnu.»
Si une telle particule existe, les possibilités de percées dans la recherche pourraient être infinies. Feng espère qu'elle pourrait être jointe aux trois autres forces régissant les interactions des particules (forces électromagnétiques, forces nucléaires fortes et faibles) en tant que force plus grande et plus fondamentale. Feng a également émis l'hypothèse que cette découverte possible pourrait indiquer l'existence d'un «secteur sombre» de notre univers, qui est régi par sa propre matière et ses propres forces.
"Il est possible que ces deux secteurs se parlent et interagissent entre eux par des interactions quelque peu voilées mais fondamentales", a-t-il déclaré. "Cette force du secteur sombre peut se manifester comme cette force protophopique que nous voyons à la suite de l'expérience hongroise. Dans un sens plus large, cela cadre avec nos recherches originales pour comprendre la nature de la matière noire. »
Si cela devait s'avérer être le cas, alors les physiciens pourraient être plus près de déterminer l'existence de la matière noire (et peut-être même de l'énergie noire), deux des plus grands mystères de l'astrophysique moderne. De plus, cela pourrait aider les chercheurs dans la recherche de la physique au-delà du modèle standard - quelque chose qui préoccupe les chercheurs du CERN depuis la découverte du boson de Higgs en 2012.
Mais comme le note Feng, nous devons confirmer l'existence de cette particule à travers d'autres expériences avant de nous enthousiasmer par ses implications:
«La particule n'est pas très lourde, et les laboratoires ont les énergies nécessaires pour la fabriquer depuis les années 50 et 60. Mais la raison pour laquelle il a été difficile à trouver est que ses interactions sont très faibles. Cela dit, parce que la nouvelle particule est si légère, de nombreux groupes expérimentaux travaillant dans de petits laboratoires à travers le monde peuvent suivre les revendications initiales, maintenant qu'ils savent où chercher. »
Comme le cas récent impliquant le CERN - où les équipes du LHC ont été forcées d'annoncer qu'elles avaient ne pas découvert deux nouvelles particules - démontre, il est important de ne pas compter nos poulets avant qu'ils ne soient perchés. Comme toujours, l'optimisme prudent est la meilleure approche pour de nouvelles découvertes potentielles.
