Una quinta forza fondamentale

La nuova forza, se confermata, potrebbe contribuire a tenere assieme anche le galassie, come questa a spirale, NGC 6814. Crediti: ESA / Hubble / NASA / Judy Schmidt

In fisica quando si parla di interazioni fondamentali si intendono quelle forze e reciprocità della natura che permettono alla scienza di descrivere fenomeni fisici a tutte le scale di distanza e di energia. Ne segue che non c’è fenomeno naturale riconducibile ad altre forze se non le quattro individuate e che ben conosciamo: l’interazione gravitazionale, le forze elettromagnetiche, l’interazione nucleare debole e la sua controparte che definiamo forte.

Recenti scoperte minano alle basi queste nostre convinzioni e indicano come possibile la scoperta di una particella subatomica prima sconosciuta e che potrebbe essere la prova tangibile di una quinta forza fondamentale della natura. Lo studio appena pubblicato su Physical Review Letters porta la firma dei fisici dell’Università della California, sede di Irvine.

«Se i nostri risultato venissero confermati, siamo di fronte a una rivoluzione», spiega Jonathan Feng, docente di fisica e astronomia, fra i firmatari dell’articolo. «Per decenni abbiamo concentrato il nostro lavoro su quattro forze fondamentali: gravità, elettromagnetismo, interazione nucleare forte e debole. Una quinta forza cambia completamente la nostra concezione dell’Universo, con pesanti conseguenze sull’unificazione delle forze e la presenza di materia oscura».

I fisici californiani sono dapprima inciampati su un interessante studio dell’Accademia Ungherese delle Scienze, incentrato sulla ricerca di fotoni oscuri – dark photons – indicatori della elusiva materia oscura che secondo le recenti teorie costituirebbe circa l’85 percento della massa dell’Universo che conosciamo. Lo studio degli ungheresi ha rilevato un’anomalia di decadimento radioattivo, indice di una particella di luce 30 volte più pesante di un elettrone.

Non c’erano gli elementi per affermare che si trattasse di una nuova forza. Ma, in seguito, grazie al lavoro dei ricercatori dell’Università della California, che oltre allo studio ungherese hanno analizzato altri esperimenti analoghi per capire se l’anomalia si presentasse regolarmente o meno, è stata elaborata una nuova teoria capace di dare conto della discrepanza fra materia oscura e fotoni oscuri. Il risultato? Ci sono prove sufficienti a indicare una quinta forza fondamentale, prima sconosciuta.

Non si tratterebbe di fotoni oscuri dunque, ma di una particella protofobica che provvisoriamente potremmo chiamare bosone X, dove la “X” sta per sconosciuto. «Mentre la forza elettromagnetica agisce su elettroni e protoni, questo bosone appena scoperto interagisce esclusivamente con elettroni e neutroni», spiega Timothy Tait, docente di astronomia e fisica fra gli autori dello studio. «Fra i bosoni che conosciamo non c’è altro che presenti questa insolita caratteristica. Siamo di fronte a qualcosa di radicalmente diverso».

Servono ulteriori conferme empiriche. «La particella non è molto pesante e in laboratorio abbiamo tutta la tecnologia necessaria a studiarla, fin dagli anni Cinquanta e Sessanta», sottolinea Feng. «Ma il tipo di interazione di cui parliamo è estremamente debole, dunque difficile da scovare. Ora che sappiamo dove guardare, però, sono tanti i laboratori in tutto il mondo che possono ripetere l’esperimento e darci nuove conferme di quanto rilevato».

Se confermata, la scoperta di una nuova forza fondamentale che si aggiunge alle quattro già conosciute potrebbe fornire la chiave di accesso a nuovi campi di indagine scientifica: unita all’interazione nucleare forte e debole, una quinta forza potrebbe per esempio mettere in evidenza una forza maggiore e ancora più fondamentale per comprendere l’Universo. E magari gettare nuova luce sul mistero della materia oscura.

Per saperne di più:

• Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Protophobic Fifth-Force Interpretation of the Observed Anomaly in ⁸Be Nuclear Transitions“, di Jonathan L. Feng, Bartosz Fornal, Iftah Galon, Susan Gardner, Jordan Smolinsky, Tim M. P. Tait e Philip Tanedo