En femte naturkraft – vi vil forsøge at forklare

Du har måske set nogle overskrifter i denne uge om opdagelsen af en femte grundlæggende naturkraft. Måske har du endda læst lidt om det, men så er du sikkert holdt op med at læse, fordi … partikelfysik, kvanta, bosoner, kraftbærere …

Skridt væk fra artiklerne: Vi er her for at hjælpe.

Hvis du kan huske noget af den fysik, du lærte i skolen, er det muligt, at du husker, at der er fire fundamentale naturkræfter.

De er i ingen særlig rækkefølge tyngdekraften, elektromagnetismen, den svage kernekraft og den stærke kernekraft.

Femte? Skal jeg kende de fire andre?

Tyngdekraften er ret let at forstå: to ting, der har masse (atomer, mennesker, planeter, stjerner), bliver trukket mod hinanden. Jo større masse, jo stærkere tiltrækning. Det er let som en leg.

Elektromagnetisme? Ja, det er simpelt, det er elektricitet og magnetisme i en blanding. Ja, men det forklarer ikke rigtig, hvordan det virker. Den elektromagnetiske kraft forklarer, hvordan ting, der er elektrisk ladede (positivt eller negativt), interagerer med hinanden. En af de store konklusioner er, at en magnetisk ladning kan skabe en elektrisk ladning og omvendt. Disse vekselvirkninger er ansvarlige for elproduktion, hvilket er noget af en stor ting. Elektromagnetisme, og hvordan den skubber og trækker objekter, er ansvarlig for energien i ting som batterier og magneter, men den omfatter også lys, som blot er bølger af elektromagnetisk stråling.

De to andre er den svage og den stærke atomkraft, og selv om de begge er stærkere end tyngdekraften, virker de kun i de små rum mellem atomerne og de endnu mindre rum, hvor kvantefysikken begynder at gøre alting virkelig underligt.

Den stærke atomkraft er faktisk den stærkeste af de fire kendte kræfter og er i princippet den lim, der binder alting sammen. Den er ansvarlig for at holde protoner og neutroner (som sammen med elektroner udgør atomerne) stabile og gør det derefter muligt for disse at binde sig til atomkerner. Den svage kraft er på den anden side ansvarlig for radioaktivt henfald, det er det modsatte af den stærke kraft, og den styrer, hvordan ting på atomniveau falder fra hinanden. Åh, og forresten er den ansvarlig for fusion og holder vores sol lysende og varm.

Det er, hvad de fire kræfter er, uden at komme for meget ind på, hvordan disse ting fungerer.

Så hvad med en femte kraft?

Men vi er nødt til at gå lidt i dybden, for vi er nødt til at vide, hvad der får tyngdekraften eller en af de andre kræfter til at gøre deres ting.

Får et legeme med masse til på magisk vis at bevæge sig mod en anden massiv ting? Nej, det er muligt ved hjælp af ting, der kaldes kraftbærende partikler. Kraftbærere er de partikler, der bærer information mellem tingene og fortæller dem, hvordan de skal opføre sig. Tænk på kraftbærere som små lommekonstitutioner for hver af de fire fundamentale kræfter. De fastsætter ikke blot alle reglerne for, hvordan man skal opføre sig, men tvinger også kræfterne (ha) til at handle efter disse regler.

Kraftbærerne for tyngdekraften er hypotetiske ting kaldet gravitoner, for elektromagnetismen er det fotoner. For den svage kernekraft hedder bærerne W- og Z-partikler, og for den stærke kernekraft gluoner. Disse kraftbærere er alle klassificeret som eksempler på bosoner.

Men sidste år så en gruppe fysikere ved det ungarske videnskabsakademi, hvad fysikinstituttet ved University of California at Irvine (UCI) kaldte “gådefulde anomalier i deres eksperimentelle data”. Ungarerne var ikke sikre på, hvad anomalierne var, men de pegede på eksistensen af en ny slags lyspartikel. Længere kom de ikke. De var ikke i stand til at finde ud af, om denne nye partikel havde masse, eller om det var en ny slags boson uden masse, som f.eks. en foton.

Uheldigvis, for at parafrasere Abraham Lincoln, “bemærkede verden ikke meget og huskede ikke længe” de ungarske forskeres arbejde.

Selvfølgelig ikke for et hold fysikere under ledelse af Jonathan Feng, professor i fysik og astronomi ved UCI. Sammen med sit hold kiggede Feng på ungarernes arbejde, samlede et væld af andre lignende eksperimenter og besluttede, at ungarerne måske faktisk har fundet en ny slags kraftbærende boson.

“Nogle gange,” siger Feng, “kalder vi den også bare X-boson, hvor X betyder ukendt.” Hvis de har ret, betyder en ny kraftbærende partikel, at der må være en ny kraft, en femte grundlæggende kraft.

Teamets arbejde er netop blevet offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters. “Hvis det er sandt, er det revolutionerende,” sagde Feng. “I årtier har vi kendt til fire fundamentale kræfter … denne opdagelse af en mulig femte kraft vil fuldstændig ændre vores forståelse af universet med konsekvenser for foreningen af kræfter og mørkt stof.”

Og nej, vi vil ikke engang komme ind på mørkt stof på dette tidspunkt.

Så hvor har denne kraft gemt sig? Feng siger, at den simpelthen er blevet overset i fortiden. “Dens vekselvirkninger er meget svage,” siger Feng.

Men han tilføjer: “Der er mange eksperimentelle grupper, der arbejder i små laboratorier rundt om i verden, som kan følge op på de første påstande, nu hvor de ved, hvor de skal lede.”

Så hvad gør den, og hvad betyder det?

Denne nye kraft minder meget om elektromagnetismen, men ifølge Tim Tait, der er medforfatter på “Mens den normale elektriske kraft virker på elektroner og protoner, interagerer denne nyfundne boson kun med elektroner og neutroner – og på en ekstremt begrænset rækkevidde.”

Men der er behov for mere forskning for at afgøre præcis, hvad DET betyder for, hvordan den fysiske verden fungerer.

Så, hvis denne nye kraft bekræftes, hvad ville det så betyde for vores forståelse af verden? Det ved ikke engang Feng endnu. Men der er ingen mangel på spekulationer. Den kunne spille en rolle i at hjælpe forskerne med at finde fysikkens hellige gral, den store enhedsteori. Denne femte kraft kan hjælpe med at forene virkningerne af de elektromagnetiske, svage og stærke atomkræfter, “manifestationer”, siger Feng, “af en større, mere grundlæggende kraft”.”

Det har længe været fysikeres drøm at finde ud af, om eller hvordan elektromagnetisme og de stærke og svage atomkræfter fungerer sammen, og denne nye kraft kan være en stor brik i det puslespil.

Hvis vi kan bevise eksistensen af denne femte kraft, kan det bringe os et skridt nærmere en reel forståelse af, hvordan vores univers fungerer.

Fatter du det?