Färskt bevis på en okänd partikel som kan bära en femte naturkraft ger NA64 -samarbetet på CERN ett nytt incitament för att fortsätta sökningar.

2015, ett team av forskare upptäckte ett oväntat fel, eller "anomali", i en kärnkraftsövergång som kan förklaras av produktionen av en okänd partikel. Ungefär ett år senare, teoretiker föreslog att den nya partikeln kunde vara ett bevis på en ny grundläggande naturkraft, förutom elektromagnetism, gravitationen och de starka och svaga krafterna. Resultaten fångade uppmärksamhet över hela världen och föranledde, bland andra studier, en direkt sökning efter partikeln genom NA64 -samarbetet på CERN.

Ett nytt papper från samma lag, ledd av Attila Krasznahorkay vid Atomki -institutet i Ungern, rapporterar nu en annan anomali, i en liknande kärnkraftsövergång, det kan också förklaras av samma hypotetiska partikel.

Den första avvikelsen som upptäcktes av Krasznahorkays team sågs i en övergång av beryllium-8-kärnor. Denna övergång avger en virtuell foton med hög energi som omvandlas till en elektron och dess antimateria-motsvarighet, ett positron. Undersöker antalet elektron -positronpar i olika separationsvinklar, forskarna hittade ett oväntat överskott av par i en separationsvinkel på cirka 140º. I kontrast, teorin förutsäger att antalet par minskar med ökande separationsvinkel, utan överskott i en viss vinkel. Krasznahorkay och kollegor resonerade att överskottet skulle kunna tolkas genom produktion av en ny partikel med en massa på cirka 17 miljoner elektronvolt (MeV), "X17" -partikeln, som skulle omvandlas till ett elektron -positronpar.

Den senaste anomalin rapporterad av Krasznahorkays team, i ett papper som ännu inte har granskats, är också i form av ett överskott av elektron -positronpar, men denna gång är överskottet från en övergång av helium-4-kärnor. "I detta fall, överskottet inträffar i en vinkel på 115º men det kan också tolkas genom framställning av en partikel med en massa på cirka 17 MeV, "förklarade Krasznahorkay." Resultatet ger stöd åt vårt tidigare resultat och den möjliga existensen av en ny elementär partikel, " han lägger till.

Sergei Gninenko, talesperson för NA64 -samarbetet på CERN, som inte har hittat tecken på X17 i sin direktsökning, säger:"Atomki -avvikelserna kan bero på en experimentell effekt, en kärnfysisk effekt eller något helt nytt som en ny partikel. För att testa hypotesen att de orsakas av en ny partikel, både en detaljerad teoretisk analys av kompatibiliteten mellan beryllium-8 och helium-4-resultaten samt oberoende experimentell bekräftelse är avgörande. "

NA64 -samarbetet söker efter X17 genom att skjuta en stråle på tiotals miljarder elektroner från Super Proton Synchrotron -acceleratorn på ett fast mål. Om X17 fanns, interaktionerna mellan elektronerna och kärnorna i målet skulle ibland producera denna partikel, som sedan skulle omvandlas till ett elektron -positronpar. Samarbetet har hittills inte hittat någon indikation på att sådana händelser ägt rum, men dess datamängder tillät dem att utesluta en del av de möjliga värdena för styrkan i interaktionen mellan X17 och en elektron. Teamet uppgraderar nu sin detektor för nästa sökningsomgång, som förväntas bli mer utmanande men samtidigt mer spännande, säger Gninenko.

Bland andra experiment som också kan jaga X17 vid direkta sökningar finns LHCb -experimentet. Jesse Thaler, en teoretisk fysiker från Massachusetts Institute of Technology, säger:"År 2023, LHCb -experimentet bör kunna göra en definitiv mätning för att bekräfta eller motbevisa tolkningen av Atomki -avvikelserna som härrör från en ny grundläggande kraft. Sålänge, experiment som NA64 kan fortsätta chippa bort de möjliga värdena för den hypotetiska partikelns egenskaper, och varje ny analys för med sig möjligheten (oavsett avlägsen) att upptäckas. "