En un progreso importante que puede reformar nuestra comprensión del universo, los investigadores de ETH Zurich, que colaboran con varios equipos de Alemania y Australia, han proporcionado evidencia obligatoria que sugiere la existencia de una quinta fuerza fundamental. Este innovador estudio, publicado en Cartas de evaluación físicaSe enfoca en explicar la naturaleza confusa de la materia oscura, una sustancia misteriosa que forma una parte importante de la masa del universo, pero que escapa de los métodos de detección actuales.
Los intentos tradicionales de revelar una nueva física a menudo incluyen aceleradores de partículas, pero esta investigación innovadora va en una dirección clara mediante el uso de espectroscopía atómica de precisión. Esta técnica ofrece mediciones muy precisas de los niveles de energía atomarios a través del estudio de calcioisótopos. Las implicaciones de este estudio pueden conducir a un concepto transformador de fuerzas fundamentales en la física de partículas, lo que puede aclarar los misterios en torno a la materia oscura.
Actualmente, el modelo estándar de física de partículas sirve como el marco prevaleciente para comprender las interacciones de partículas; Sin embargo, continúan existiendo brechas a largo plazo. Como señala Diana Prado Lopes Aude Craik, profesora de física de ETH Zurich, mientras que el modelo estándar ha explicado con éxito una multitud de interacciones, es insuficiente para abordar la materia oscura. A pesar del certificado de gravedad obligatorio que respalda su existencia, la materia oscura en los medios convencionales no permanece detectable, por lo que las teorías sobre sus interacciones pueden estar mediadas por un quinto poder fundamental.
En este esfuerzo, los investigadores proponen que puede haber una interacción no descubierta además de las cuatro fuerzas conocidas: gravedad, electromagnetismo y las fortalezas y las fuerzas nucleares débiles. Esta quinta potencia hipotética influiría en las interacciones entre los neutrones en los núcleos atómicos y los electrones que dan la vuelta. La existencia potencial de una nueva partícula que media este poder puede proporcionar una visión considerable del comportamiento de la materia oscura y su conexión con la materia visible.
La estrategia experimental que usa el equipo es sobre las mediciones ultra-hubby de losisótopos de calcio, que solo varían en el número de neutrones al tiempo que conservan el mismo número de protones y electrones. Aunque químicamente idénticos, estos isótopos pueden mostrar variaciones de luz en la estructura atómica como resultado de la cantidad de neutrones, lo que proporciona evidencia posible del escurridizo poder del quinto poder. Luca Huber, un estudiante de doctorado involucrado en la investigación, explica que si esta fuerza está presente en el átomo, su poder se correlacionaría con el recuento de neutrones en el núcleo, lo que conduce a diferencias perceptibles en los niveles de energía entre los isótopos.
Un aspecto particularmente notable de este estudio es la precisión de las mediciones logradas por la captura de iones, un método en el que los campos electromagnéticos inmovilizan calcio individuales. Los investigadores usan láseres para generar estos iones en estados de mayor energía, de modo que la frecuencia de la luz irradiada durante estas transiciones mide cuidadosamente. Esta técnica tiene una precisión de 100 milihertz y supera los experimentos anteriores en el campo con un margen significativo. Aude Craik explica que la capacidad de medir los cambios de energía con tal precisión les permite establecer límites en la resistencia de cada partícula potencialmente mediadora asociada con la supuesta quinta fuerza.
Aunque los resultados hasta ahora no confirman la existencia del quinto poder, son invaluables para reducir los parámetros de búsqueda para la nueva física. Aude Craik enfatiza la importancia de sus hallazgos y explica: «No podemos decir que hemos descubierto una nueva física aquí. Sin embargo, sabemos cuán fuerte puede ser la nueva fuerza porque lo habríamos visto de otra manera en nuestras medidas, incluso con las incertidumbres».
Las ambiciones futuras para el equipo de investigación incluyen aún más la mejora de la precisión de medición. En este momento hay esfuerzos para analizar una tercera transición de energía en calcioisótopos. El objetivo es refinar la precisión de los datos, limitar la forma de expandir la herramienta King-Plot-A que se utiliza para visualizar los cambios en los niveles de energía atómica en una pantalla tridimensional.
Si bien los investigadores continúan sumergiendo más profundamente en este territorio desconocido, quieren superar los desafíos teóricos existentes en la búsqueda para descubrir un potencial potencial nuevo poder fundamental, de modo que se abren puertas para las oportunidades innovadoras en nuestra comprensión del universo y la naturaleza misteriosa de la materia oscura.
