Posible prueba de que existe una quinta fuerza fundamental en la naturaleza

Según un estudio publicado en Physical Review Letters un equipo de físicos teóricos de la Universidad de California en Irvine (UCI, EEUU) indica haber descubierto lo que podría ser una quinta fuerza fundamental de la naturaleza. 

"Si es cierto, es revolucionario", indica Jonathan Feng, profesor de física y astronomía de dicha Universidad. "Durante décadas hemos sabido de cuatro fuerzas fundamentales: la interacción nuclear débil y la interacción nuclear fuerte, el electromagnetismo y la gravedad. Si los próximos experimentos lo confirman, el descubrimiento de una posible quinta fuerza cambiaría por completo la visión del universo, e implicaría consecuencias para la unificación de estas fuerzas y la materia oscura".

A mediados de 2015, un equipo de físicos nucleares de la Academia de Ciencias Húngara se centró en la búsqueda de "fotones oscuros", que son los análogos de la materia oscura de los fotones convencionales.

Se cree que esta materia, invisible y de momento solo inferida por sus efectos en el cosmos, constituye el 85% de la masa del universo. El trabajo de los húngaros puso en evidencia en concreto una anomalía de la desintegración radioactiva que apuntaba a la existencia de una partícula de luz tan sólo 30 veces más pesada que un electrón. 

Pero entonces, los científicos húngaros "no lograron indicar (que esta partícula) representaba una nueva fuerza", explica Feng. "Simplemente vieron un exceso de acontecimientos que apuntaban a la existencia de esa nueva partícula, sin dejar claro si estaban ante una partícula de materia o una portadora de fuerza".

Nueva hipótesis

Feng y su equipo han estudiado ahora los datos obtenidos el año pasado por los investigadores húngaros, junto con otros experimentos realizados previamente en esta área.

A raíz de este análisis, publicado online en abril en el servidor de libre acceso arXiv y finalmente en agosto en la revista antes mencionada, han mostrado  que las evidencias van fuertemente en contra de que dicha partícula encontrada sea de materia o un fotón oscuro. Proponen por ello una nueva teoría que sintetiza los datos existentes.

Según esta hipótesis, los datos indican la existencia de una quinta fuerza fundamental en el cosmos. Más específicamente, los científicos húngaros no habrían hallado un fotón oscuro, sino un "bosón X protofóbico".

Así, mientras que la fuerza eléctrica normal actúa sobre los electrones y protones, este bosón recién encontrado interactuaría solo con electrones y neutores; en una gama extremadamente limitada (esa interacción sería la quinta fuerza).

El co-autor del estudio, Timothy Tait, profesor de física y astronomía de la UCI indica al respecto que: "No hemos observado otro bosón que tenga esta misma característica. A veces simplemente lo llamamos el 'bosón X', donde 'X' significa desconocido". 

Se necesitan nuevos experimentos

Feng señala por su parte que realizar más experimentos a este respecto será crucial. "La partícula (descubierta) no es muy pesada, pero los laboratorios tienen las energías requeridas para medirla desde los años 50 y 60. La razón por la que hasta ahora ha resultado difícil detectarla es la debilidad de sus interacciones". Feng cree que, sin embargo, a partir de ahora, la partícula podrá ser detectada con mayor facilidad, pues ya se sabe dónde buscar.

Implicaciones

Al igual que muchos avances científicos, este hallazgo podría abrir nuevos campos de investigación. Uno de esos nuevos campos que a Feng más interesa es la posibilidad de que esta potencial quinta fuerza fundamental esté unida al electromagnetismo y a las fuerzas nucleares débiles y fuertes como "manifestaciones de una fuerza más grande, más fundamental". 

Haciendo referencia a la comprensión de los físicos sobre el modelo estándar, Feng especula que podría haber una parte oscura con su propia materia y sus propias fuerzas en el cosmos; y que es posible que esta parte oscura y la parte visible se comuniquen entre sí e interactúen unas con otras, a través de interacciones hasta ahora desconocidas.

"Esta fuerza del sector oscuro podría manifestarse como una fuerza protofóbica vista gracias al experimento húngaro. Es un sentido más amplio, el hallazgo encaja con nuestra investigación original para entender la naturaleza de la materia oscura", afirma el investigador.

Hallazgo previo

En 2011, experimentos realizados en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) de Chicago, laboratorio de física de partículas que contiene el acelerador de partículas Tevatron, ya produjeron unos resultados que indicaban la existencia de una nueva y desconocida partícula subatómica, no predicha por las leyes fundamentales de la física.

La deducción de la existencia de esta otra partícula fue realizada a partir de un pico o exceso de eventos de colisión entre partículas en el Tevatron, en una región de masa en la que no se esperab. Dicho pico fue del mismo que se suele asociar a la presencia de otras partículas subatómicas. Pero, aunque también entonces se aventuró que la partícula podría reflejar la existencia de una quinta fuerza de la naturaleza, no hubo concreción a este respecto.

De cualquier manera, diversos modelos propuestos en los últimos años han postulado ya la existencia de nuevas interacciones fundamentales, más allá de las determinadas hasta ahora y que constituyen el fundamento de la física de partículas actual.

Referencia bibliográfica:

Jonathan L. Feng, Bartosz Fornal, Iftah Galon, Susan Gardner, Jordan Smolinsky, Tim M. P. Tait, Philip Tanedo. Particle Physics Models for the 17 MeV Anomaly in Beryllium Nuclear Decays. Physical Review Letters (2016).