En femte naturkraft – vi ska försöka förklara

Du kanske har sett några rubriker den här veckan om upptäckten av en femte grundläggande naturkraft. Kanske har du till och med läst lite om det, men sedan troligen slutat läsa, för… partikelfysik, kvanta, bosoner, kraftbärare…

Skjut bort från artiklarna: Vi är här för att hjälpa till.

Om du minns något av den fysik du lärde dig i skolan är det möjligt att du kommer ihåg att det finns fyra grundläggande naturkrafter.

De är i ingen särskild ordning gravitation, elektromagnetism, den svaga kärnkraften och den starka kärnkraften.

Femte? Ska jag känna till de andra fyra?

Tyngdkraften är ganska lätt att förstå: två saker som har massa (atomer, människor, planeter, stjärnor) dras mot varandra. Ju större massa desto starkare dragningskraft. Lätt som en plätt.

Elektromagnetism? Ja, det är enkelt, det är elektricitet och magnetism i en blandning. Ja, men det förklarar inte riktigt hur det fungerar. Den elektromagnetiska kraften förklarar hur saker som är elektriskt laddade (positivt eller negativt) interagerar med varandra. En av de viktigaste slutsatserna är att en magnetisk laddning kan skapa en elektrisk laddning och vice versa. Dessa interaktioner är ansvariga för elproduktion, vilket är en ganska stor sak. Elektromagnetism och hur den trycker och drar objekt är ansvarig för energin i saker som batterier och magneter, men den omfattar också ljus, som bara är vågor av elektromagnetisk strålning.

De andra två är den svaga och den starka kärnkraften och även om de båda är starkare än gravitationen verkar de bara i de små utrymmena mellan atomerna, och de ännu mindre utrymmena där kvantfysiken börjar göra allting riktigt konstigt.

Den starka kärnkraften är faktiskt den starkaste av de fyra kända krafterna och är i princip det klister som binder ihop allting. Den är ansvarig för att hålla protoner och neutroner (som tillsammans med elektroner utgör atomer) stabila och låter dem sedan binda sig till atomkärnor. Den svaga kraften å andra sidan är ansvarig för radioaktivt sönderfall, motsatsen till den starka kraften, det är den som styr hur saker på kärnnivå faller isär. Åh, och förresten är den ansvarig för fusion och håller vår sol ljus och varm.

Det är vad de fyra krafterna är, utan att fördjupa mig alltför mycket i hur dessa saker fungerar.

Och hur är det med en femte kraft?

Men vi måste gå in på djupet lite grann, för vi måste veta vad som får gravitationen eller någon av de andra krafterna att göra sin sak.

Gör en kropp med massa att på ett magiskt sätt börja röra sig mot en annan massiv sak? Nej, det möjliggörs av saker som kallas kraftbärande partiklar. Kraftbärare är de partiklar som överför information mellan saker och ting och talar om för dem hur de ska bete sig. Tänk på kraftbärare som små fickförfattningar för var och en av de fyra grundläggande krafterna. De fastställer inte bara alla regler för hur man ska bete sig utan tvingar också krafterna (ha) att agera enligt dessa regler.

Kraftbärarna för gravitationen är hypotetiska saker som kallas gravitoner, för elektromagnetismen är det fotoner. För den svaga kärnkraften kallas bärarna för W- och Z-partiklar och för den starka kärnkraften för gluoner. Dessa kraftbärare klassificeras alla som exempel på bosoner.

Men förra året såg en grupp fysiker vid den ungerska vetenskapsakademin vad fysikinstitutionen vid University of California at Irvine (UCI) kallade ”förbryllande anomalier i deras experimentella data”. Ungrarna var inte säkra på vad anomalierna var, men de pekade på förekomsten av en ny sorts ljuspartikel. Längre än så kom de inte. De kunde inte ta reda på om denna nya partikel hade massa, eller om det var en ny typ av boson utan massa, som en foton.

Tyvärr, för att parafrasera Abraham Lincoln, ”noterade världen inte mycket och mindes inte heller länge” de ungerska vetenskapsmännens arbete.

Med undantag för ett team av fysiker som leds av Jonathan Feng, professor i fysik och astronomi vid UCI. Tillsammans med sitt team tog Feng en titt på ungrarnas arbete, sammanställde en mängd andra liknande experiment och kom fram till att ungrarna i själva verket kan ha hittat en ny typ av kraftbärande boson.

”Ibland”, säger Feng, ”kallar vi den också bara för X-boson, där X betyder okänd”. Om de har rätt betyder en ny kraftbärarpartikel att det måste finnas en ny kraft, en femte grundläggande kraft.

Teamens arbete har just publicerats i tidskriften Physical Review Letters. ”Om det är sant är det revolutionerande”, säger Feng. ”I årtionden har vi känt till fyra fundamentala krafter … denna upptäckt av en möjlig femte kraft skulle helt förändra vår förståelse av universum, med konsekvenser för föreningen av krafter och mörk materia.”

Och nej, vi tänker inte ens gå in på mörk materia vid det här laget.

Var har den här kraften då gömt sig? Feng säger att den helt enkelt har förbisetts tidigare. ”Dess växelverkan är mycket svag”, säger Feng.

Men han tillägger: ”Det finns många experimentella grupper som arbetar i små laboratorier runt om i världen som kan följa upp de första påståendena, nu när de vet var de ska leta.”

Så vad gör den och vad betyder den?

Denna nya kraft är mycket lik elektromagnetismen, men enligt Tim Tait som är medförfattare till ”Medan den normala elektriska kraften verkar på elektroner och protoner, interagerar denna nyfunna boson endast med elektroner och neutroner – och på ett extremt begränsat avstånd.”

Men mer forskning behövs för att fastställa exakt vad DET betyder när det gäller hur den fysiska världen fungerar.

Så, Om denna nya kraft bekräftas, vad skulle det göra för vår förståelse av världen? Inte ens Feng vet det ännu. Men det råder ingen brist på spekulationer. Den skulle kunna spela en roll för att hjälpa forskarna att hitta fysikens heliga graal, den stora enhetliga teorin. Den femte kraften skulle kunna bidra till att förenhetliga effekterna av de elektromagnetiska, svaga och starka kärnkrafterna, ”manifestationer”, säger Feng, ”av en större, mer grundläggande kraft”.”

Fysikerna har länge drömt om att ta reda på om eller hur elektromagnetism och de starka och svaga kärnkrafterna fungerar tillsammans, och den här nya kraften kan vara en stor pusselbit i det pusslet.

Om vi kan bevisa existensen av den här femte kraften kan det föra oss ett steg närmare en riktig förklaring till hur vårt universum fungerar.

Fattar du?