O universo é governado por quatro forças fundamentais: gravidade, eletromagnetismo e as forças nucleares fortes e fracas. Essas forças dirigem o movimento e o comportamento de tudo o que vemos ao nosso redor. Pelo menos é o que pensamos. Mas, nos últimos anos, houve evidências crescentes de uma quinta força fundamental. Novas pesquisas não descobriram essa quinta força, mas mostram que ainda não entendemos completamente essas forças cósmicas.
As forças fundamentais fazem parte do modelo padrão da física de partículas. Este modelo descreve todas as várias partículas quânticas que observamos, como elétrons, prótons, antimatéria e outros. Quarks, neutrinos e o bóson de Higgs fazem parte do modelo.
O termo "força" no modelo é um pouco impróprio. No modelo padrão, cada força é o resultado de um tipo de bóson portador. Os fótons são o bóson portador do eletromagnetismo. Os glúons são os bósons portadores dos fortes, e os bósons conhecidos como W e Z são os fracos. A gravidade não é tecnicamente parte do modelo padrão, mas supõe-se que a gravidade quântica possua um bóson conhecido como graviton. Ainda não entendemos completamente a gravidade quântica, mas uma idéia é que a gravidade pode ser unida ao modelo padrão para produzir uma grande teoria unificada (INTESTINO).
Cada partícula que já descobrimos faz parte do modelo padrão. O comportamento dessas partículas corresponde ao modelo com extrema precisão. Procuramos partículas além do modelo padrão, mas até agora nunca encontramos nenhuma. O modelo padrão é um triunfo da compreensão científica. É o pináculo da física quântica.
Mas começamos a aprender que há alguns problemas sérios.
Para começar, agora sabemos que o modelo padrão não pode ser combinado com a gravidade da maneira que pensávamos. No modelo padrão, as forças fundamentais “se unificam” em níveis mais altos de energia. O eletromagnetismo e o fraco se combinam no eletro-fraco, e o eletro-fraco se une ao forte para se tornar a força eletronuclear. Em energias extremamente altas, as forças eletronucleares e gravitacionais devem se unir. Experimentos em física de partículas mostraram que as energias da unificação não correspondem.
Mais problemática é a questão da matéria escura. A matéria escura foi proposta pela primeira vez para explicar por que estrelas e gás na borda externa de uma galáxia se movem mais rápido do que o previsto pela gravidade. Ou a nossa teoria da gravidade está de alguma forma errada, ou deve haver alguma massa invisível (escura) nas galáxias. Nos últimos cinquenta anos, as evidências para a matéria escura ficaram realmente fortes. Observamos como a matéria escura agrupa galáxias, como é distribuída em galáxias específicas e como se comporta. Sabemos que ele não interage fortemente com a matéria comum ou com ele próprio, e compõe a maioria da massa na maioria das galáxias.
Mas não há partículas no modelo padrão que possam compor a matéria escura. É possível que a matéria escura possa ser feita de algo como pequenos buracos negros, mas dados astronômicos não suportam essa ideia. É provável que a matéria escura seja feita de alguma partícula ainda não descoberta, uma que o modelo padrão não prevê.
Depois, há energia escura. Observações detalhadas de galáxias distantes mostram que o universo está se expandindo a uma taxa cada vez maior. Parece haver algum tipo de energia dirigindo esse processo, e não entendemos como. Pode ser que essa aceleração seja o resultado da estrutura do espaço e do tempo, um tipo de constante cosmológica que faz com que o universo se expanda. Pode ser que isso seja impulsionado por alguma força nova ainda a ser descoberta. Seja qual for a energia escura, ela compõe mais de dois terços do universo.
Tudo isso aponta para o fato de que o modelo padrão é, na melhor das hipóteses, incompleto. Há coisas que nos faltam fundamentalmente na maneira como o universo funciona. Muitas idéias foram propostas para fixar o modelo padrão, da supersimetria a quarks ainda não descobertos, mas uma idéia é a de que existe uma quinta força fundamental. Essa força teria seu próprio bóson transportador, bem como novas partículas além daquelas que descobrimos.
Essa quinta força também interagia com as partículas que observamos de maneiras sutis que contradizem o modelo padrão. Isso nos leva a um novo artigo que afirma ter evidências dessa interação.
O artigo analisa uma anomalia no decaimento dos núcleos de hélio-4 e parte de um estudo anterior de decaimentos de berílio-8. O berílio-8 possui um núcleo instável que se decompõe em dois núcleos de hélio-4. Em 2016, a equipe descobriu que a deterioração do berílio-8 parece violar levemente o modelo padrão. Quando os núcleos estão em um estado excitado, podem emitir um par elétron-pósitron à medida que se deteriora. O número de pares observados em ângulos maiores é maior do que o modelo padrão prediz e é conhecido como anomalia Atomki.
Existem muitas explicações possíveis para a anomalia, incluindo o erro do experimento, mas uma explicação é que ela foi causada pelo bóson da equipe chamada X17. Seria o bóson portador de uma quinta força fundamental (ainda desconhecida), com uma massa de 17 MeV. No novo artigo, a equipe encontrou uma discrepância semelhante na decadência do hélio-4. A partícula X17 também poderia explicar essa anomalia.
Embora isso pareça emocionante, há motivos para ser cauteloso. Quando você olha para os detalhes do novo artigo, há alguns ajustes de dados estranhos. Basicamente, a equipe assume que o X17 é preciso e mostra que os dados podem ser criados para se ajustarem ao seu modelo. Mostrando que um modelo lata explicar as anomalias não é o mesmo que provar seu modelo faz explique as anomalias. Outras explicações são possíveis. Se o X17 existe, também deveríamos tê-lo visto em outros experimentos com partículas, e não o temos. A evidência para essa "quinta força" é realmente fraca.
A quinta força poderia existir, mas ainda não a encontramos. O que sabemos é que o modelo padrão não corresponde totalmente, e isso significa que algumas descobertas muito interessantes estão aguardando para serem encontradas.
Fonte: Novas evidências apoiando a existência da hipotética partícula X17, por Krasznahorkay, A. J., et al.
Fonte: Observação da criação anômala de pares internos em 8: Uma possível indicação de um bóson leve e neutro, por Krasznahorkay, A. J., et al.
