La particule X17 pourrait aider à expliquer la matière noire, la substance mystérieuse qui est censée représenter une grande partie de la masse de l'univers. Il peut s'agir d'une "cinquième force" au-delà des quatre prises en compte dans le modèle standard de la physique. Pcharito/Wikimedia Commons (CC By-SA 3.0)

C'est le quatuor le plus important de la science. Pour autant que quelqu'un a pu le prouver, l'univers est gouverné par quatre "forces fondamentales" - la gravité, électromagnétisme, la force forte et la force faible. Peut-être qu'ils ne sont pas seuls. En 2015, une équipe hongroise dirigée par le physicien Attila Krasznahorkay aurait découvert de nouvelles preuves d'une cinquième force fondamentale – quelque chose jusqu'alors inconnu de la science.

Le groupe a téléchargé un autre article sur le sujet sur arXiv (une base de données de recherche) le 23 octobre 2019. Alors que de nombreux scientifiques sont sceptiques quant à ces résultats, la recherche nous donne l'occasion de parler des principales forces que nous tenons tous pour acquises.

Le quatre fabuleux

Les forces fondamentales sont irréductibles, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas être décomposés en d'autres, forces plus fondamentales. Ce sont les phénomènes fondamentaux derrière tout autre type connu d'interaction physique. Par exemple, friction, la tension et l'élasticité sont toutes dérivées de l'électromagnétisme.

Et qu'est-ce que c'est, tu demandes? L'électromagnétisme est une force qui affecte toutes les particules chargées positivement et négativement. Ceux qui ont des charges opposées s'attirent tandis que ceux qui portent des charges "similaires" se repoussent. Non seulement ce principe maintient les aimants sur votre réfrigérateur, mais c'est aussi la raison pour laquelle les objets solides sont capables de conserver leurs formes.

Par rapport à l'électromagnétisme, la gravité est plutôt faible. De façon assez surprenante, c'est en fait le plus faible des quatre fondamentaux - y compris la soi-disant "force faible". (Nous y reviendrons dans un instant.) Pour l'instant, tournons-nous vers la force puissante qui porte bien son nom. C'est ce qui maintient les noyaux atomiques ensemble, malgré leurs protons chargés, qui tentent constamment de s'échapper.

Durer, mais pas des moindres, il y a la force faible (alias :la "faible interaction"). En transformant des particules, il facilite la datation radiométrique, un processus que les scientifiques utilisent pour déterminer l'âge des fossiles et des artefacts. Oh, et saviez-vous que la force faible alimente le soleil ? C'est un gros problème ça.

Donner un sens à tout

Les scientifiques ont une théorie qui décrit bien trois de ces forces. Connu comme le modèle standard de la physique, il est composé de diverses mesures et formules mathématiques. Il décompose également les particules élémentaires en catégories et sous-catégories.

"Le Modèle Standard (SM) de la physique est le cadre actuel pour décrire le monde subatomique à toutes les énergies, " Le physicien du MIT Richard Milner a déclaré dans un e-mail. " Il a été développé après la Seconde Guerre mondiale et je compte au moins 18 prix Nobel de physique depuis 1950 qui ont été décernés pour des contributions à son développement. "

Comme toutes les bonnes théories, le modèle standard a prédit avec précision de nombreuses percées scientifiques, y compris la découverte de l'insaisissable particule du boson de Higgs le 4 juillet, 2012.

Pourtant, il ne répond pas à toutes les questions. Le modèle standard n'offre aucune explication à la gravité et n'a pas rapproché les scientifiques de la compréhension de la matière noire, un ingrédient mystérieux qui représente environ 27 pour cent de notre univers.

La chasse à la particule X17

C'est ici qu'interviennent Krasznahorkay et sa compagnie. Au cours d'une expérience en 2015 à l'Institut de recherche nucléaire de l'Académie hongroise des sciences, ils ont observé la désintégration d'atomes de béryllium-8 excités à l'intérieur d'un accélérateur de particules. Normalement, ce processus libère de la lumière - qui est ensuite convertie en électrons et en positrons (un type de particule subatomique avec une charge positive).

Assez sur, Cest ce qui est arrivé. Mais ensuite, les choses sont devenues intéressantes. Normalement, le béryllium-8 se désintègre de manière prévisible, pourtant, un nombre étrangement élevé de ces électrons et positons se sont repoussés à un angle de 140 degrés.

Pour expliquer le surplus, L'équipe de Krasznahorkay a fait valoir qu'une particule jamais vue auparavant s'était formée lors de la désintégration des atomes. Par leurs calculs, cette théorie, corps subatomique aurait une masse d'environ 17 millions d'électronvolts. Ils sont allés de l'avant et l'ont nommé la particule "X17".

Maintenant, X17 fait une fois de plus l'actualité. Récemment, les mêmes scientifiques hongrois ont détecté une anomalie dans des échantillons en décomposition d'hélium-4. Selon leur article arXiv, un surplus imprévu de positons et d'électrons a été libéré, peut-être parce qu'une autre particule X17 a été créée.

Si cette particule mystérieuse existe, ça peut être quelque chose de très spécial. Peut-être – juste peut-être – c'est un nouveau boson porteur.

Cas non clos

Les bosons sont des particules en rotation qui manquent probablement de structure interne. Ils sont connus pour transporter des forces, en les faisant partie intégrante du modèle standard.

Sous le modèle standard, Milner explique, « les forces ont lieu par échange de bosons « porteurs » entre d'autres particules subatomiques. On dit que chacune des quatre forces fondamentales a son propre boson correspondant. Celui qui transporte la gravité n'a pas encore été trouvé, mais les bosons porteurs associés à une force forte, la force faible et l'électromagnétisme sont bien documentés.

Probablement, X17 serait le boson porteur d'une cinquième force fondamentale dont nous ignorions l'existence. Et peut-être que cette force est en quelque sorte liée à la matière noire.

Mais nous prenons de l'avance sur nous-mêmes. Tu vois, il n'y a aucune preuve tangible que X17 existe en premier lieu. L'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, mieux connue sous le nom de CERN, n'a encore trouvé aucune trace de la particule. Et le nouveau document arXiv attend toujours l'examen par les pairs d'autres scientifiques.

"Des groupes indépendants doivent effectuer des expériences pour établir l'existence du X17. L'expérience hongroise doit être répétée, " écrit Milner. Lui et ses collègues ont conçu une proposition pour essayer de générer des particules X17 dans une "expérience de diffusion" à l'installation de l'accélérateur national Thomas Jefferson à Newport News, Virginie.

Maintenant, le modèle standard ne tient pas compte des nouvelles forces fondamentales. Donc, si le X17 et la "cinquième force" qu'il porte sont réels, il va falloir modifier le bon vieux SM. A tous les tarifs, il est clair que le monde subatomique regorge encore de secrets.

Maintenant c'est drôle

Le jour du poisson d'avril, 2018, Le CERN a annoncé la découverte d'une particule (fictive) "Humpty Dumpty". Dans un faux communiqué de presse, une source a affirmé :« Il nous a fallu un certain temps pour déchiffrer les données, mais du côté ensoleillé, nous les avons déchiffrées. Ce résultat n'était pas trop facile à obtenir ... À un moment donné, nous marchions sur des œufs pour empêcher d'autres collaborations de braconner les données."