Bosonen brengen de fundamentele krachten over (afb: WikiMedia Commons)

Aangezien met de huidige kennis over de natuurkrachten bepaalde zaken niet zijn te verklaren, overwegen theoretisch natuurkundigen al langer de mogelijkheid dat er een vijfde natuurkracht bestaat die nog niet te meten zou zijn. Een groep theoretisch natuurkundigen stelt nu voor om ernaar te zoeken in het hart van atomen: de kernen.
In de natuur zijn er vier fundamentele krachten: elektromagnetisme, zwaartekracht, de sterke kernkracht en de zwakke kernkracht. Dat hebben we op de middelbare school geleerd, als je opgelet zou hebben, net als over de drie aggregatietoestanden (vast, vloeibaar en gasvormig). Dat zijn allerminst onaantastbare zekerheden. Zo zijn er naast vloeistoffen, vaste stoffen en gassen ook plasma’s en ik(=aas) heb begrepen dat het daar niet bij blijft. En hoe zit het met die funamentele natuurkrachten??
Natuurkundigen vermoeden in ieder geval dat er iets ontbreekt in de beschrijving van het Standaardmodel van elementaire deeltjes. Iets dat hen bijvoorbeeld zou kunnen helpen het mysterie van donkere materie te ontrafelen. Is er nog een vijfde kracht? In Physical Review Letters beschrijven natuurkundigen hoe ze op zoek gingen naar aanwijzingen in de atoomkernen.
Om dit te begrijpen, is het wellicht nuttig om te bedenken dat in atomen negatief geladen elektronen, die worden aangetrokken door positieve ladingen, over het algemeen geconcentreerd zijn in banen rond de kern. Soms worden ze verder weg geslingerd wanneer als er energie aan wordt toegevoegd. Als ze weer terugkeren naar hun oorspronkelijke toestand, wordt energie weer uitgezonden.

De omstandigheden van deze overgangen hangen af ​​van de structuur van de kern, aangezien deze de massa en ladingsverdeling beïnvloedt. Een element kan dus verschillende atoomovergangen ondergaan, afhankelijk van het aantal neutronen in de kern. Het Standaardmodel beschrijft dit. Voorbeelden die afwijken van de voorspellingen zouden daarom kunnen wijzen op het gemis van een zwakke extra kracht die tussen elektronen en neutronen werkt.
Fysici hebben, bijvoorbeeld, atoomovergangen gemeten in vijf isotopen van calcium. Dit zijn calciumatomen met hetzelfde aantal elektronen en protonen, maar een verschillend aantal neutronen. Het meest voorkomende calcium, calcium-40, bevat bijvoorbeeld 20 neutronen. Calcium-46 bevat er 26.

Volgens het Standaardmodel zou de overgangsvertraging tussen de isotopen ⁴²Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca en ⁴⁸Ca en ⁴⁰calcium een lineair verband moeten vertonen. De onderzoekers zagen echter een kleine afwijking, die uiteindelijk wellicht niets meer hoeft te zijn dan bekende effecten die niet in de berekeningen zijn meegenomen. Dat kan gebeuren.

Vijfde kracht

Fysici denken daarmee de eerste aanwijzing te hebben gevonden voor het bestaan ​​van een vijfde kracht. Een kracht die zeer zwak zou blijven. Deze zou worden gedragen door een boson dat onderzoekers het Yukawa-deeltje noemen. Volgens hen zou dit deeltje lichter kunnen zijn dan een neutrino of zwaarder dan een topquark.

Het bereik lijkt enorm. De natuurkundigen hebben nu echter een bovengrens vastgesteld voor de intensiteit van de kracht die het deeltje kan genereren. Dit resulteert in de strengste beperking die onderzoekers tot nu toe hebben kunnen vaststellen voor dit nog steeds hypothetische deeltje, waardoor ze in ieder geval een iets duidelijker beeld krijgen van waar ze nog naar kunnen zoeken.

Bron: Futura-Sciences