L'univers est régi par quatre forces fondamentales: la gravité, l'électromagnétisme et les forces nucléaires fortes et faibles. Ces forces déterminent le mouvement et le comportement de tout ce que nous voyons autour de nous. C'est du moins ce que nous pensons. Mais au cours des dernières années, il y a eu de plus en plus de preuves d'une cinquième force fondamentale. De nouvelles recherches n'ont pas découvert cette cinquième force, mais elles montrent que nous ne comprenons toujours pas pleinement ces forces cosmiques.
Les forces fondamentales font partie du modèle standard de la physique des particules. Ce modèle décrit toutes les différentes particules quantiques que nous observons, telles que les électrons, les protons, l'antimatière, etc. Les quarks, les neutrinos et le boson de Higgs font tous partie du modèle.
Le terme «force» dans le modèle est un peu impropre. Dans le modèle standard, chaque force est le résultat d'un type de boson porteur. Les photons sont le boson porteur de l'électromagnétisme. Les gluons sont les bosons porteurs pour les forts, et les bosons connus sous le nom de W et Z sont pour les faibles. La gravité ne fait pas techniquement partie du modèle standard, mais on suppose que la gravité quantique a un boson appelé graviton. Nous ne comprenons toujours pas complètement la gravité quantique, mais une idée est que la gravité peut être unie au modèle standard pour produire une grande théorie unifiée (INTESTIN).
Chaque particule que nous avons jamais découverte fait partie du modèle standard. Le comportement de ces particules correspond au modèle de façon extrêmement précise. Nous avons recherché des particules au-delà du modèle standard, mais jusqu'à présent nous n'en avons jamais trouvé. Le modèle standard est un triomphe de la compréhension scientifique. C'est le summum de la physique quantique.
Mais nous avons commencé à apprendre qu'il a de sérieux problèmes.
Pour commencer, nous savons maintenant que le modèle standard ne peut pas se combiner avec la gravité comme nous le pensions. Dans le modèle standard, les forces fondamentales «s'unissent» à des niveaux d'énergie plus élevés. L'électromagnétisme et le faible se combinent dans l'électro-faiblesse, et l'électro-faiblesse s'unifie avec le fort pour devenir la force électronucléaire. Aux énergies extrêmement élevées, les forces électronucléaires et gravitationnelles devraient s'unifier. Les expériences en physique des particules ont montré que les énergies d'unification ne correspondent pas.
Plus problématique est la question de la matière noire. La matière noire a d'abord été proposée pour expliquer pourquoi les étoiles et les gaz sur le bord extérieur d'une galaxie se déplacent plus rapidement que prévu par la gravité. Soit notre théorie de la gravité est en quelque sorte fausse, soit il doit y avoir une masse invisible (sombre) dans les galaxies. Au cours des cinquante dernières années, les preuves de la matière noire sont devenues très solides. Nous avons observé comment la matière noire regroupe les galaxies ensemble, comment elle est distribuée au sein de galaxies particulières et comment elle se comporte. Nous savons qu'elle n'interagit pas fortement avec la matière régulière ou elle-même, et qu'elle constitue la majorité de la masse dans la plupart des galaxies.
Mais il n'y a aucune particule dans le modèle standard qui pourrait constituer la matière noire. Il est possible que la matière noire soit constituée de quelque chose comme de petits trous noirs, mais les données astronomiques ne soutiennent pas vraiment cette idée. La matière noire est très probablement constituée de particules encore inconnues, une que le modèle standard ne prévoit pas.
Ensuite, il y a l'énergie sombre. Des observations détaillées de galaxies lointaines montrent que l'univers se développe à un rythme toujours croissant. Il semble y avoir une sorte d'énergie qui anime ce processus, et nous ne comprenons pas comment. Il se pourrait que cette accélération soit le résultat de la structure de l'espace et du temps, une sorte de constante cosmologique qui provoque l'expansion de l'univers. Il se pourrait que cela soit provoqué par une nouvelle force à découvrir. Quelle que soit l'énergie sombre, elle représente plus des deux tiers de l'univers.
Tout cela indique que le modèle standard est, au mieux, incomplet. Il y a des choses qui nous manquent fondamentalement dans le fonctionnement de l'univers. De nombreuses idées ont été proposées pour fixer le modèle standard, de la supersymétrie aux quarks encore inconnus, mais une idée est qu'il existe une cinquième force fondamentale. Cette force aurait son propre boson porteur ainsi que de nouvelles particules au-delà de celles que nous avons découvertes.
Cette cinquième force interagirait également avec les particules que nous avons observées de manière subtile qui contredisent le modèle standard. Cela nous amène à un nouvel article prétendant avoir des preuves d'une telle interaction.
L'article examine une anomalie dans la désintégration des noyaux d'hélium-4 et s'appuie sur une étude antérieure des désintégrations de béryllium-8. Le béryllium-8 a un noyau instable qui se désintègre en deux noyaux d'hélium-4. En 2016, l'équipe a constaté que la désintégration du béryllium-8 semble violer légèrement le modèle standard. Lorsque les noyaux sont dans un état excité, ils peuvent émettre une paire électron-positron en se désintégrant. Le nombre de paires observées à des angles plus grands est plus élevé que ce que prévoit le modèle standard et est connu sous le nom d'anomalie Atomki.
Il y a beaucoup d'explications possibles pour l'anomalie, y compris l'erreur d'expérience, mais une explication est qu'elle est causée par le boson de l'équipe appelée X17. Ce serait le boson porteur d'une cinquième force fondamentale (encore inconnue), avec une masse de 17 MeV. Dans le nouveau document, l'équipe a constaté une différence similaire dans la désintégration de l'hélium-4. La particule X17 pourrait également expliquer cette anomalie.
Bien que cela semble passionnant, il y a lieu d'être prudent. Lorsque vous regardez les détails du nouveau papier, il y a un peu de réglages de données étranges. Fondamentalement, l'équipe suppose que X17 est précis et montre que les données peuvent être adaptées à leur modèle. Montrer qu'un modèle pouvez expliquer les anomalies n'est pas la même chose que prouver votre modèle Est-ce que expliquer les anomalies. D'autres explications sont possibles. Si X17 existe, nous aurions dû le voir dans d'autres expériences sur les particules, et nous ne l'avons pas fait. Les preuves de cette «cinquième force» sont vraiment faibles.
La cinquième force pourrait exister, mais nous ne l'avons pas encore trouvée. Ce que nous savons, c'est que le modèle standard ne s'additionne pas entièrement, ce qui signifie que des découvertes très intéressantes attendent d'être trouvées.
La source: De nouvelles preuves à l'appui de l'existence de la particule hypothétique X17, par Krasznahorkay, A. J., et al.
La source: Observation de la création de paires internes anormales dans be 8: une indication possible d'un boson léger et neutre, par Krasznahorkay, A. J., et al.
