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Individuata la quinta forza fondamentale della Natura

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LA QUINTA FORZA: C’È UN’ALTRA FORZA FONDAMENTALE DELLA NATURA

Scienziati ungheresi sostengono di aver trovato una nuova particella che rivela una quinta forza della natura.


Negli ultimi anni, un gruppo di ricercatori ungheresi ha fatto notizia con un’affermazione audace. Dicono di aver scoperto una nuova particella – soprannominata X17 – che richiede l’esistenza di una quinta forza della natura.


I ricercatori non stavano però cercando la nuova particella. Invece, è saltata fuori come un’anomalia nel loro rilevatore nel 2015, mentre cercavano segni di materia oscura. La stranezza non ha attirato molta attenzione all’inizio. Ma alla fine, un gruppo di fisici delle particelle di spicco che lavorano all’Università della California, Irvine, ha dato un’occhiata più da vicino e ha suggerito che gli ungheresi si erano imbattuti in un nuovo tipo di particella – una che implica una forza della natura completamente nuova.

Poi, alla fine del 2019, la scoperta degli ungheresi ha colpito il mainstream – tra cui una storia apparsa sulla CNN – quando hanno rilasciato nuovi risultati che suggerivano che il loro segnale non era scomparso. L’anomalia è persistita anche dopo che hanno modificato i parametri del loro esperimento. Ora l’hanno vista spuntare nello stesso modo centinaia di volte.

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Questo lascia alcuni fisici eccitati dalla prospettiva di una nuova forza. Ma anche se una forza sconosciuta non è responsabile dello strano segnale, la squadra potrebbe aver rivelato qualche nuova fisica mai vista prima. E se confermato, alcuni pensano che la nuova forza potrebbe avvicinare la fisica a una grande teoria unificata dell’universo, o addirittura aiutare a spiegare la materia oscura.

Tuttavia, finora, la maggior parte degli scienziati rimane scettica. Per anni, i ricercatori legati al gruppo ungherese hanno sostenuto di aver scoperto nuove particelle che poi sono scomparse. Così altri scienziati si accontentano di aspettare altri dati che confermino o confutino la scoperta. Ma potrebbe essere una lunga attesa.

“Dal punto di vista della fisica delle particelle, le anomalie vanno e vengono”, dice Daniele Alves, fisico teorico del Los Alamos National Laboratory. “Abbiamo imparato nel tempo a non essere troppo di parte con un’interpretazione o l’altra”. L’importante è andare fino in fondo”.

Le quattro forze fondamentali

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I libri di fisica insegnano che ci sono quattro forze fondamentali della natura:

  • La gravità.
  • L’elettromagnetismo.
  • La forza nucleare forte.
  • La forza nucleare debole.

Conosciamo bene le prime due forze. La gravità ci spinge verso la Terra e ci trascina intorno al sole, mentre l’elettromagnetismo mantiene le luci accese. Le altre due forze sono meno evidenti per noi perché governano le interazioni nella scala più piccola. La forza forte lega la materia, mentre la forza nucleare debole descrive il decadimento radioattivo degli atomi.

Ognuna di queste forze è trasportata da una specie di particella subatomica che i fisici chiamano bosone. Per esempio, i fotoni sono la particella della forza nell’elettromagnetismo. I gluoni trasportano la forza nucleare forte. I bosoni W e Z sono responsabili della forza nucleare debole. C’è anche un ipotetico bosone per la gravità chiamato gravitone, anche se gli scienziati non hanno ancora provato la sua esistenza.

Tuttavia, se si chiede a molti fisici teorici, probabilmente vi diranno che non abbiamo ancora scoperto tutte le forze della natura. Altre sono probabilmente là fuori, che aspettano solo di essere scoperte. Per esempio, alcuni sospettano che la scoperta della materia oscura possa rivelare una nuova forza debole.

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Ed è qui che entra in gioco il gruppo ungherese. Senza perdersi troppo nei dettagli, il gruppo ha sparato protoni contro un sottile campione di litio 7, che poi si è radioattivamente decomposto in berillio 8. Come previsto, questo ha creato coppie di positroni ed elettroni. Tuttavia, i rivelatori hanno anche raccolto segnali di decadimento in eccesso che suggerivano l’esistenza di una potenziale particella nuova ed estremamente debole. Se esiste, la particella peserebbe circa 1/50 della massa di un protone. E a causa delle sue proprietà, sarebbe un bosone – una particella portatrice di forza.

quinta forza

Ma la storia è piena di motivi per essere scettici nei confronti delle nuove aggiunte. Negli ultimi decenni, anche altri gruppi hanno affermato di aver trovato una quinta forza, solo per far svanire tranquillamente le loro rivendicazioni. Intorno all’anno 2000, un gruppo ha proposto una nuova forza, chiamata quintessenza, per spiegare la scoperta allora ricorrente dell’energia oscura. Negli anni ’80, un gruppo di fisici del MIT disse di aver trovato una quinta forza, chiamata ipercarica, che serviva come una sorta di antigravità. Eppure eccoci qui, con i libri di testo che insegnano ancora le stesse quattro forze fondamentali che avevamo decenni fa.

Questo significa che la spiegazione più probabile per l’inspiegabile nuovo segnale è che c’è qualcosa di strano nella configurazione del rivelatore ungherese. Tuttavia, nessuno mette in discussione i dati. I risultati sono stati sottoposti a peer review e pubblicati sulla rivista Physical Review Letters – la stessa rivista che ha pubblicato la scoperta delle onde gravitazionali. Anche le idee contenute in riviste prestigiose a volte possono essere spiegate come errori sistematici, ma è così che funziona la scienza.

“Gli scienziati stanno facendo attenzione a vedere se si tratta davvero di un effetto di fisica nucleare o se è qualcosa di sistematico”, dice Alves. “È importante ripetere questi esperimenti… per poter verificare se questo è reale o se è un artefatto del modo in cui stanno facendo l’esperimento”.

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Ricerca di conferma

Ed è proprio quello che il suo gruppo spera di fare. Insieme a un piccolo team, propone di ripetere l’esperimento ungherese utilizzando attrezzature già esistenti a Los Alamos. Il laboratorio nazionale è leader nel campo della fisica nucleare sin dalla creazione della bomba atomica. E oggi, migliaia di fisici di alto livello lavorano ancora lì su problemi che vanno dalla salvaguardia e lo studio dell’arsenale nucleare degli Stati Uniti, ai pionieri dei computer quantistici e all’osservazione delle pulsar.

A quanto pare, hanno anche un rilevatore quasi identico a quello utilizzato dal team ungherese.

Se si sommano tutti questi elementi, Alves ritiene che Los Alamos abbia esattamente la giusta combinazione di strutture e competenze per ripetere l’esperimento. Ecco perché il suo gruppo ha lavorato tranquillamente alla loro proposta negli ultimi sei mesi e recentemente ha presentato una richiesta di finanziamento per la revisione. Per ottenere l’approvazione, dovrà vincere un concorso annuale insieme ad altri progetti presso il laboratorio nazionale.

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Negli ultimi anni, anche diversi altri gruppi hanno suggerito di cercare questa forza. Ma al momento, Alves ritiene di essere il gruppo principale negli Stati Uniti che sta lavorando per confermare o meno la scoperta. Se non riescono a ottenere l’approvazione, potrebbero passare anni prima che un’università o un altro gruppo possa assicurarsi sia i fondi che le competenze per ripetere l’esperimento con lo stesso tipo di parametri utilizzati dagli ungheresi.

Come per tutte le affermazioni straordinarie, questa scoperta potenzialmente in grado di cambiare i paradigmi richiederà prove straordinarie prima che gli scienziati la accettino. Quindi potremmo dover aspettare un po’ prima di sapere se la particella X17 e la sua potenziale quinta forza rivoluzionerà la fisica, o se prenderà il suo posto in cima alla pattumiera delle scoperte demolite e scartate.

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