La particella X17 potrebbe aiutare a spiegare la materia oscura, la misteriosa sostanza che si crede sia responsabile di una grande quantità di massa nell'universo. Potrebbe essere una "quinta forza" oltre le quattro considerate nel Modello Standard della fisica. Pcharito/Wikimedia Commons (CC By-SA 3.0)

È il quartetto più importante della scienza. Per quanto chiunque è stato in grado di dimostrare, l'universo è governato da quattro "forze fondamentali" - gravità, elettromagnetismo, la forza forte e la forza debole. Forse non sono soli. Nel 2015, un team ungherese guidato dal fisico Attila Krasznahorkay avrebbe scoperto nuove prove per una quinta forza fondamentale, qualcosa in precedenza sconosciuto alla scienza.

Il gruppo ha caricato un altro documento sull'argomento su arXiv (un database di ricerca) il 23 ottobre, 2019. Mentre molti scienziati sono scettici su questi risultati, la ricerca ci offre l'occasione per parlare delle grandi forze che tutti diamo per scontate.

I favolosi quattro

Le forze fondamentali sono irriducibili, nel senso che non possono essere scomposti in altri, forze più elementari. Questi sono i fenomeni centrali dietro ogni altro tipo conosciuto di interazione fisica. Per esempio, attrito, la tensione e l'elasticità sono tutte derivate dall'elettromagnetismo.

E cos'è quello, tu chiedi? L'elettromagnetismo è una forza che influenza tutte le particelle cariche positivamente e negativamente. Quelli con cariche opposte si attraggono mentre quelli con cariche "simili" si respingono. Questo principio non solo mantiene i magneti sul frigorifero, ma è anche il motivo per cui gli oggetti solidi riescono a mantenere le loro forme.

Rispetto all'elettromagnetismo, la gravità è piuttosto debole. Abbastanza sorprendentemente, in realtà è il più debole dei quattro fondamentali, inclusa la cosiddetta "forza debole". (Ci arriveremo tra un po'.) Per ora, passiamo alla forza forte appropriatamente chiamata. Questo è ciò che tiene insieme i nuclei atomici, nonostante i loro protoni carichi, che cercano costantemente di fuggire.

Scorso, ma non meno importante, c'è la forza debole (aka:"l'interazione debole"). Trasformando le particelle, facilita la datazione radiometrica, un processo utilizzato dagli scienziati per determinare l'età di fossili e manufatti. Oh, e sapevi che la forza debole alimenta il sole? È un grosso problema.

Dare un senso a tutto

Gli scienziati hanno una teoria che descrive bene tre di queste forze. Conosciuto come il Modello Standard della fisica, è composto da varie misure e formule matematiche. Scompone anche le particelle elementari in categorie e sottocategorie.

"Il Modello Standard (SM) della fisica è il quadro attuale per descrivere il mondo subatomico a tutte le energie, "Il fisico del MIT Richard Milner afferma in una e-mail. "È stato sviluppato dopo la seconda guerra mondiale e dal 1950 conto almeno 18 premi Nobel per la fisica che sono stati assegnati per i contributi al suo sviluppo".

Come tutte le buone teorie, il Modello Standard ha previsto con precisione numerose scoperte scientifiche, inclusa la scoperta della sfuggente particella del bosone di Higgs il 4 luglio, 2012.

Eppure non risponde a tutte le domande. Il Modello Standard non offre alcuna spiegazione per la gravità e non ha avvicinato gli scienziati alla comprensione della materia oscura, un ingrediente misterioso che costituisce circa il 27 percento del nostro universo.

La caccia alla particella X17

È qui che entrano in gioco Krasznahorkay e compagnia. Durante un esperimento del 2015 presso l'Istituto per la ricerca nucleare dell'Accademia delle scienze ungherese, osservarono il decadimento eccitato degli atomi di berillio-8 all'interno di un acceleratore di particelle. Normalmente, questo processo rilascia luce, che viene successivamente convertita in elettroni e positroni (un tipo di particella subatomica con carica positiva).

Abbastanza sicuro, questo è quello che è successo. Ma poi le cose si sono fatte interessanti. Normalmente il berillio-8 decade in modo prevedibile, eppure un numero stranamente alto di questi elettroni e positroni si respinse a vicenda con un angolo di 140 gradi.

Per spiegare l'eccedenza, Il team di Krasznahorkay ha sostenuto che una particella mai vista prima si era formata durante il decadimento degli atomi. Con i loro calcoli, questo teorico, corpo subatomico avrebbe una massa di circa 17 milioni di elettronvolt. Sono andati avanti e l'hanno chiamata la particella "X17".

Ora, X17 fa di nuovo notizia. Recentemente, gli stessi scienziati ungheresi hanno rilevato un'anomalia nei campioni in decomposizione di Elio-4. Secondo il loro documento arXiv, è stata rilasciata un'eccedenza imprevista di positroni ed elettroni, probabilmente perché è stata creata un'altra particella X17.

Se questa particella misteriosa esiste, potrebbe essere qualcosa di molto speciale. Forse, solo forse, è un bosone portatore ritrovato.

Caso non chiuso

I bosoni sono particelle rotanti che probabilmente mancano di struttura interna. Sono noti per trasportare forze, rendendoli parte integrante del Modello Standard.

Sotto il modello standard, Milner spiega, "le forze avvengono per scambio dei bosoni 'portatori'" tra altre particelle subatomiche. Si dice che ciascuna delle quattro forze fondamentali abbia il proprio bosone corrispondente. Quello che trasporta la gravità non è stato ancora trovato, ma i bosoni portatori associati alla forza forte, la forza debole e l'elettromagnetismo sono ben documentati.

presumibilmente, X17 sarebbe il bosone portatore di una quinta forza fondamentale che non sapevamo esistesse. E forse detta forza è in qualche modo correlata alla materia oscura.

Ma stiamo anticipando noi stessi. Vedi, non ci sono prove concrete che X17 esista in primo luogo. L'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, meglio conosciuta come CERN, non ha ancora trovato alcuna traccia della particella. E il nuovo documento arXiv è ancora in attesa di revisione paritaria da parte di altri scienziati.

"Gruppi indipendenti devono eseguire esperimenti per stabilire l'esistenza dell'X17. L'esperimento ungherese dovrebbe essere ripetuto, " scrive Milner. Lui e i suoi colleghi hanno escogitato una proposta per provare a generare particelle X17 in un "esperimento di dispersione" presso la struttura del Thomas Jefferson National Accelerator a Newport News, Virginia.

Attualmente, il Modello Standard non tiene conto di nuove forze fondamentali. Quindi, se l'X17 e la "quinta forza" che presumibilmente trasporta sono reali, dovremo modificare il buon vecchio SM. A tutte le tariffe, è chiaro che il mondo subatomico è ancora pieno di segreti.

Ora è divertente

Il pesce d'aprile, 2018, Il CERN ha annunciato la scoperta di una particella (fittizia) "Humpty Dumpty". In un falso comunicato stampa, una fonte ha affermato "Ci è voluto un po' di tempo per decodificare i dati, ma per fortuna li abbiamo decifrati. Questo risultato non è stato facile da ottenere... A un certo punto, stavamo calpestando i gusci delle uova per impedire ad altre collaborazioni di rubare i dati".