Ett team av forskare i Ungern publicerade nyligen ett papper som antyder förekomsten av en tidigare okänd subatomär partikel. Teamet rapporterade först att hitta spår av partikeln 2016, och de rapporterar nu fler spår i ett annat experiment.

Om resultaten bekräftas, den så kallade X17-partikeln kan hjälpa till att förklara mörk materia, den mystiska substans forskare tror står för mer än 80% av massan i universum. Det kan vara bäraren av en "femte kraft" utöver de fyra som redovisas i fysikens standardmodell (gravitation, elektromagnetism, den svaga kärnkraften och den starka kärnkraften).

Krossande atomer

De flesta forskare som jagar nya partiklar använder enorma acceleratorer som krossar subatomära partiklar i hög hastighet och tittar på vad som kommer ut ur explosionen. Den största av dessa acceleratorer är Large Hadron Collider i Europa, där Higgs boson - en partikelforskare som jagat i årtionden - upptäcktes 2012.

Attila J. Krasznahorkay och hans kollegor på ATOMKI (Institute of Nuclear Research in Debrecen, Ungern) har en annan inställning, utför mindre experiment som avfyrar de subatomära partiklarna som kallas protoner vid kärnorna i olika atomer.

2016, de tittade på elektronpar och positroner (antimatterversionen av elektroner) som producerades när beryllium-8-kärnor gick från ett högenergistillstånd till ett lågenergistillstånd.

De fann en avvikelse från vad de förväntade sig se när det var en stor vinkel mellan elektronerna och positronerna. Denna anomali kan bäst förklaras om kärnan avger en okänd partikel som senare "delas" till en elektron och en positron.

Denna partikel måste vara en boson, som är den typ av partikel som bär kraft, och dess massa skulle vara cirka 17 miljoner elektronvolt. Det är ungefär lika tungt som 34 elektroner, som är ganska lätt för en partikel som denna. (Higgs boson, till exempel, är mer än 10, 000 gånger tyngre.)

På grund av dess massa, Krasznahorkay och hans team kallade den hypotetiska partikeln X17. Nu har de observerat något konstigt beteende i helium-4-kärnor som också kan förklaras av närvaron av X17.

Denna senaste anomali är statistiskt signifikant - en sju sigma konfidensnivå, vilket innebär att det bara finns en mycket liten möjlighet att resultatet inträffade av en slump. Detta är långt bortom den vanliga fem-sigma-standarden för en ny upptäckt, så resultatet tycks tyda på att det finns lite ny fysik här.

Kontroll och dubbelkontroll

Dock, det nya tillkännagivandet och det 2016 har mötts av skepsis av fysikgemenskapen - den typ av skepsis som inte fanns när två lag samtidigt tillkännagav upptäckten av Higgsboson 2012.

Så varför är det så svårt för fysiker att tro att en ny lätt boson som denna kan existera?

Först, experiment av detta slag är svåra, och så är analysen av data. Signaler kan dyka upp och försvinna. Tillbaka 2004, till exempel, gruppen i Debrecen hittade bevis som de tolkade som den möjliga existensen av ett ännu lättare boson, men när de upprepade experimentet var signalen borta.

Andra, man måste se till att själva existensen av X17 är kompatibel med resultaten från andra experiment. I detta fall, både 2016 års resultat med beryllium och det nya resultatet med helium kan förklaras av förekomsten av X17 men en oberoende kontroll från en oberoende grupp är fortfarande nödvändig.

Krasznahorkay och hans grupp rapporterade först svaga bevis (på en tre-sigma-nivå) för en ny boson 2012 vid en workshop i Italien.

Sedan dess har laget upprepat experimentet med hjälp av uppgraderad utrustning och framgångsrikt reproducerat beryllium-8-resultaten, vilket är lugnande, liksom de nya resultaten i helium-4. Dessa nya resultat presenterades vid HIAS -symposiet 2019 vid Australian National University i Canberra.

Vad har detta att göra med mörk materia?

Forskare tror att det mesta i universum är osynligt för oss. Så kallad mörk materia skulle bara interagera med normal materia mycket svagt. Vi kan dra slutsatsen att den existerar från sina gravitationseffekter på avlägsna stjärnor och galaxer, men det har aldrig upptäckts i labbet.

Så var kommer X17 in?

År 2003, i en av oss (Boehm) visade att en partikel som X17 kunde existera, i arbete tillsammans med Pierre Fayet och ensam. Det skulle bära kraft mellan partiklar av mörk materia på ungefär samma sätt som fotoner, eller ljuspartiklar, gör för vanlig sak.

I ett av de scenarier jag föreslog, lätta partiklar av mörk materia kan ibland producera par av elektroner och positroner på ett sätt som liknar vad Krasznahorkays team har sett.

Detta scenario har lett till många sökningar i experiment med låg energi, som har uteslutit många möjligheter. Dock, X17 har ännu inte uteslutits - i så fall kan Debrecen -gruppen verkligen ha upptäckt hur partiklar av mörk materia kommunicerar med vår värld.

Mer bevis krävs

Även om resultaten från Debrecen är mycket intressanta, fysikgemenskapen kommer inte att övertygas om att en ny partikel verkligen har hittats förrän det finns oberoende bekräftelse.

Så vi kan förvänta oss att många experiment runt om i världen som letar efter en ny lätt boson börjar jakta efter bevis på X17 och dess interaktion med par av elektroner och positroner.

Om bekräftelsen kommer, nästa upptäckt kan vara själva partiklarna i mörk materia.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.