Universum styrs av fyra grundkrafter:gravitation, elektromagnetism och de starka och svaga kärnkraften. Dessa krafter driver rörelse och beteende för allt vi ser omkring oss. Åtminstone, det är vad vi tycker. Men under de senaste åren har Det har ökat bevis på en femte grundkraft. Ny forskning har inte upptäckt denna femte kraft, men det visar att vi fortfarande inte helt förstår dessa kosmiska krafter.

De grundläggande krafterna är en del av standardmodellen för partikelfysik. Denna modell beskriver alla kvantpartiklar, inklusive elektroner, protoner, antimateria och andra. Quarks, neutrinos och Higgs boson är alla en del av modellen.

Termen "kraft" i modellen är lite felaktig. I standardmodellen, varje kraft är resultatet av en typ av bärarboson. Fotoner är bärarbosonet för elektromagnetism. Gluoner är bärarbosonerna för den starka interaktionen, och bosoner som kallas W och Z är för den svaga interaktionen. Tyngdkraften är inte tekniskt sett en del av standardmodellen, men det antas att kvant gravitation har ett boson som kallas graviton. Vi förstår fortfarande inte fullt ut kvantgravitation, men en idé är att tyngdkraften kan förenas med standardmodellen för att producera en stor enhetlig teori (GUT).

Varje partikel vi någonsin har upptäckt är en del av standardmodellen. Beteendet hos dessa partiklar matchar modellen extremt exakt. Forskare har letat efter partiklar bortom standardmodellen, men hittills, de har aldrig hittat några. Standardmodellen är en triumf för vetenskaplig förståelse. Det är toppen av kvantfysiken.

Men vi har börjat lära oss att det har några allvarliga problem.

Till att börja med, vi vet nu att standardmodellen inte kan kombineras med gravitationen på det sätt som vi trodde. I standardmodellen, de grundläggande krafterna "förenas" vid högre energinivåer. Elektromagnetism och de svaga kombineras till elektriskt svaga, och den elektriskt svaga förenar sig med de starka för att bli den elektronkärnkraften. Vid extremt höga energier bör de elektronkärn- och gravitationskrafterna förenas. Experiment inom partikelfysik har visat att föreningsenergierna inte stämmer överens.

Mer problematiskt är frågan om mörk materia. Mörk materia föreslogs först för att förklara varför stjärnor och gas på ytterkanten av en galax rör sig snabbare än förutspått av gravitationen. Antingen är vår gravitationsteori fel på något sätt, eller det måste finnas någon osynlig (mörk) massa i galaxer. Under de senaste 50 åren har bevisen för mörk materia har blivit riktigt starka. Vi har observerat hur mörk materia kluster galaxer tillsammans, hur den fördelas inom vissa galaxer, och hur det beter sig. Vi vet att det inte interagerar starkt med vanlig materia eller sig själv, och den utgör majoriteten av massan i de flesta galaxer.

Men det finns ingen partikel i standardmodellen som kan utgöra mörk materia. Det är möjligt att mörk materia kan vara gjord av något som små svarta hål, men astronomiska data stöder inte riktigt den idén. Mörk materia är troligen gjord av en partikel som ännu inte är upptäckt, en som standardmodellen inte förutspår.

Sedan finns det mörk energi. Detaljerade observationer av avlägsna galaxer visar att universum expanderar i en allt större takt. Det verkar finnas någon form av energi som driver denna process, och vi förstår inte hur. Det kan vara så att denna acceleration är resultatet av rymdens och tidens struktur, ett slags kosmologisk konstant som får universum att expandera. Det kan vara att detta drivs av någon ny kraft som ännu inte har upptäckts. Vad mörk energi än är, den utgör mer än två tredjedelar av universum.

Allt detta pekar på det faktum att standardmodellen är, i bästa fall, Ofullständig. Det finns saker som vi i grunden saknar när universum fungerar. Många idéer har föreslagits för att fixa standardmodellen, från supersymmetri till ännu oupptäckta kvarker, men en idé är att det finns en femte grundkraft. Denna kraft skulle ha sin egen bärarboson (er) och nya partiklar utöver de vi har upptäckt.

Denna femte kraft skulle också interagera med de partiklar vi har observerat på subtila sätt som motsäger standardmodellen. Detta leder oss till ett nytt dokument som påstår sig ha bevis för en sådan interaktion.

Papperet tittar på en avvikelse i förfallet av helium-4-kärnor, och det bygger på en tidigare studie av beryllium-8-sönderfall. Beryllium-8 har en instabil kärna som sönderfaller till två kärnor av helium-4. 2016, laget fann att sönderfallet av beryllium-8 verkar bryta mot standardmodellen något. När kärnorna är i ett upphetsat tillstånd, det kan avge ett elektron-positronpar när det sönderfaller. Antalet par som observeras vid större vinklar är högre än standardmodellen förutspår, och är känd som Atomki -avvikelsen.

Det finns många möjliga förklaringar till anomalin, inklusive experimentfel, men en förklaring är att det orsakas av boson, teamet som heter X17. Det skulle vara bärarbosonet för en (ännu okänd) femte grundkraft, med en massa på 17 MeV. I det nya papperet laget fann en liknande skillnad i förfallet av helium-4. X17 -partikeln kan också förklara denna anomali.

Även om detta låter spännande, det finns anledning att vara försiktig. När du tittar på detaljerna i det nya papperet, det är lite udda data tweaking. I grund och botten, laget antar att X17 är korrekt och visar att data kan göras för att passa deras modell. Att visa att en modell kan förklara avvikelserna är inte detsamma som att bevisa att din modell förklarar avvikelserna. Andra förklaringar är möjliga. Om X17 finns, vi borde också ha sett det i andra partikelförsök, och det har vi inte. Bevisen för denna "femte kraft" är fortfarande svaga.

Den femte styrkan kan existera, men vi har inte hittat det än. Vad vi vet är att standardmodellen inte helt går ihop, och det betyder att några mycket intressanta upptäckter väntar på att hittas.