Gaya kelima: Apakah ada gaya fundamental lain dari alam?

[wongdusun]

Dalam beberapa tahun terakhir, sekelompok peneliti Hungaria telah menjadi berita utama dengan klaim berani. Mereka mengatakan bahwa mereka telah menemukan partikel baru - dijuluki X17 - yang membutuhkan keberadaan kekuatan kelima dari alam.

Namun, para peneliti tidak awalnya mencari partikel baru. Sebaliknya, muncul sebagai anomali di detektor mereka pada tahun 2015 ketika mereka mencari tanda-tanda materi gelap. Keanehan yang tidak menarik banyak perhatian pada awalnya. Tetapi pada akhirnya, sekelompok fisikawan partikel terkemuka yang bekerja di University of California, Irvine, melihat lebih dekat dan menyarankan bahwa orang-orang Hongaria menemukan jenis partikel baru - yang menyiratkan kekuatan alam yang sama sekali baru.

Kemudian, pada akhir 2019, temuan Hongaria tersebut menjadi berita utama - termasuk sebuah cerita yang ditampilkan secara mencolok di CNN - ketika mereka merilis hasil baru yang menunjukkan bahwa sinyal mereka tidak hilang. Anomali bertahan bahkan setelah mereka mengubah parameter percobaan mereka. Mereka sekarang telah melihatnya muncul dengan cara yang sama ratusan kali.

Itu membuat beberapa fisikawan bersemangat dengan prospek adanya gaya baru. Tetapi bahkan jikapun gaya yang tidak diketahui tidak bertanggung jawab atas sinyal aneh tersebut, tim mungkin telah mengungkapkan beberapa penemuan, fisika yang sebelumnya tidak terlihat. Dan jika dikonfirmasi, beberapa orang berpikir bahwa gaya baru itu dapat menggerakkan fisika lebih dekat ke teori besar alam semesta yang terpadu, atau bahkan membantu menjelaskan materi gelap.

Namun, sejauh ini, sebagian besar ilmuwan tetap skeptis. Selama bertahun-tahun, para peneliti yang terkait dengan kelompok Hungaria mengklaim telah menemukan partikel baru dan kemudian menghilang. Jadi para ilmuwan ingin untuk menunggu lebih banyak data yang mengkonfirmasi atau membantah temuan tersebut. Tapi itu bisa saja lama.

"Dari perspektif fisika partikel, anomali datang dan pergi," kata Daniele Alves, seorang ahli fisika teori di Los Alamos National Laboratory. “Kami telah belajar dari waktu ke waktu untuk tidak terlalu bias dengan satu interpretasi atau yang lain. Yang penting adalah menyelesaikan ini semua. ”

Empat gaya fundamental

Buku pelajaran fisika mengajarkan bahwa ada empat kekuatan dasar alam: gravitasi, elektromagnetisme, gaya nuklir kuat dan Gaya nuklir lemah.

Kami cukup akrab dengan dua kekuatan pertama. Gravitasi menjepit kita ke Bumi dan menarik kita mengelilingi matahari, sementara elektromagnetisme menyalakan lampu. Dua kekuatan lain kurang jelas bagi kita karena mereka mengatur interaksi pada skala terkecil. Gaya nuklir kuat mengikat materi bersama-sama, sedangkan gaya nuklir lemah menggambarkan peluruhan atom radioaktif.

Masing-masing kekuatan ini dibawa oleh sejenis partikel subatom yang oleh fisikawan disebut boson. Sebagai contoh, foton adalah partikel gaya dalam elektromagnetisme. Gluon membawa gaya nuklir kuat. Boson vektor W dan Z bertanggung jawab atas gaya nuklir lemah. Bahkan ada boson hipotetis untuk gravitasi yang disebut graviton, meskipun para ilmuwan belum membuktikan keberadaannya.

Namun, jika Anda bertanya kepada banyak fisikawan teoretis, mereka mungkin akan memberi tahu Anda bahwa mereka belum menemukan semua kekuatan alam. Ada yang lain mungkin di luar sana, hanya menunggu untuk ditemukan. Misalnya, beberapa kecurigaan bahwa menemukan materi gelap dapat mengungkapkan gaya baru yang lemah.

Dan di situlah kelompok Hungaria masuk. Kembali ke topik, kelompok itu menembakkan proton pada sampel tipis lithium-7, yang kemudian secara radioaktif meluruh menjadi berilium-8. Seperti yang diharapkan, ini menciptakan pasangan positron dan elektron. Namun, detektor juga mendeteksi sinyal peluruhan lain yang menyarankan keberadaan partikel baru dan sangat lemah. Jika ada, partikel akan berbobot sekitar 1/50 massa proton. Dan karena sifatnya, itu adalah boson - partikel pembawa kekuatan.

Tetapi sejarah dipenuhi dengan alasan untuk bersikap skeptis terhadap penemuan baru. Dalam beberapa dekade terakhir, kelompok-kelompok lain juga mengklaim telah menemukan kekuatan kelima, tetapi klaim mereka kemudian menghilang. Sekitar tahun 2000, satu kelompok mengusulkan kekuatan baru, yang disebut quintessence, untuk menjelaskan penemuan energi gelap yang baru-baru ini terjadi. Pada 1980-an, sekelompok fisikawan di MIT mengatakan mereka menemukan gaya kelima, dijuluki hypercharge, yang berfungsi sebagai semacam anti-gravitasi. Namun di sini kita dengan buku pelajaran yang masih mengajarkan empat kekuatan fundamental yang sama seperti yang kita miliki beberapa dekade yang lalu.

Itu berarti penjelasan yang paling mungkin untuk sinyal baru yang tidak dapat dijelaskan adalah bahwa ada sesuatu yang salah dengan pengaturan detektor kelompok Hungaria. Namun, tidak ada yang membantah data tersebut. Temuan itu telah masuk peer-review dan diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters - jurnal yang sama yang menerbitkan penemuan gelombang gravitasi. Bahkan ide-ide dalam jurnal bergengsi kadang-kadang dapat dijelaskan sebagai kesalahan sistematis, tetapi itulah cara sains bekerja.

"Orang-orang memperhatikan untuk melihat apakah ini benar-benar efek fisika nuklir atau apakah itu sesuatu yang sistematis," kata Alves. "Penting untuk mengulangi eksperimen itu ... untuk dapat menguji apakah ini nyata atau jika itu merupakan artefak dari cara mereka melakukan percobaan. "

Mencari konfirmasi

Dan itulah tepatnya yang diharapkan kelompok tersebut dapat lakukan. Bersama dengan tim kecil, diusulkan untuk mengulangi eksperimen tim Hungaria menggunakan peralatan yang sudah ada di Los Alamos. Laboratorium nasional telah menjadi yang terdepan dalam fisika nuklir sejak penciptaan bom atom. Dan hari ini, ribuan fisikawan top masih bekerja di sana untuk permasalahan mulai dari menjaga dan mempelajari persenjataan nuklir negara hingga merintis komputer kuantum dan mengamati pulsar.

Ternyata, mereka juga memiliki detektor yang hampir identik dengan yang digunakan oleh tim Hungaria.

Alves percaya Los Alamos memiliki kombinasi yang tepat antara fasilitas dan keahlian untuk mengulangi percobaan. Itulah sebabnya kelompoknya diam-diam mengerjakan proposal mereka selama enam bulan terakhir, dan baru-baru ini mengajukan permintaan pendanaan untuk ditinjau. Untuk mendapatkan persetujuan, ia harus menang dalam kompetisi tahunan bersama proyek-proyek lain di lab nasional.

Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa kelompok lain juga menyarankan mereka akan mencari gaya baru ini. Tetapi saat ini, Alves percaya mereka adalah kelompok utama di AS yang berupaya mengonfirmasi atau membantah temuan tersebut. Jika mereka tidak dapat memperoleh persetujuan, mungkin butuh bertahun-tahun sebelum universitas atau kelompok lain dapat memperoleh dana dan keahlian untuk mengulang percobaan dengan parameter yang sama seperti yang digunakan orang Hongaria.

Seperti semua klaim luar biasa, penemuan yang berpotensi mengubah paradigma ini akan membutuhkan bukti luar biasa sebelum orang menerimanya. Jadi kita mungkin harus menunggu beberapa saat sebelum kita tahu apakah partikel X17 dan potensi gaya kelima akan merevolusi fisika, atau masuk ke tempat sampah penemuan yang terbuang.