Almanya, İsviçre ve Avustralya’dan bilim insanlarının yürüttüğü yeni bir araştırma, doğanın bilinen dört temel kuvvetinin (yerçekimi, elektromanyetizma, güçlü ve zayıf nükleer kuvvet) ötesinde, atomların derinliklerinde gizlenmiş beşinci bir kuvvetin varlığına dair ipuçları ortaya koydu.
Araştırmacılar, bu olası yeni kuvvetin atom çekirdeğinde nötronlar ile çevresindeki elektronlar arasında çok zayıf bir etkileşim yaratabileceğini düşünüyor. Çalışma, beşinci kuvvetin varlığına dair daha önceki kozmik ölçekli araştırmalardan farklı olarak, mikroskobik bir alana, kalsiyum izotoplarının atom yörüngelerine odaklandı.
Yukawa parçacığı ve yeni etkileşim alanları
Fizikteki Standart Model’in bazı temel açıklamalarda yetersiz kaldığı uzun süredir biliniyor. Karanlık maddenin doğası, evrende maddenin antimaddeye üstün gelmesi ve kuantum yerçekiminin eksikliği hâlâ çözülememiş sorular arasında.
Yeni kuvvetin taşıyıcısı olabileceği öne sürülen “Yukawa parçacığı”, atom çekirdeğindeki parçacıklar arasındaki etkileşimleri düzenleyen gizli bir aracıyı temsil ediyor. Eğer varsa, bu parçacık, nötronlarla elektronlar arasındaki çok zayıf bir çekim veya itmenin sorumlusu olabilir.
Kral grafiğindeki sapma dikkat çekti
Araştırmada, beş farklı kalsiyum izotopu kullanılarak elektronların enerji seviyeleri ölçüldü. Atomdaki elektronlar, dışarıdan enerji alarak yörünge değiştirdiklerinde bu “atomik geçişler” ortaya çıkıyor. Bu geçişlerin zamanlaması, çekirdekteki nötron sayısına bağlı olarak değişiyor.
Elde edilen veriler, bu geçişlerin karşılaştırıldığı ve King plot (Kral grafiği) adı verilen bir grafikle analiz edildi. Normal şartlarda bu grafik, Standart Model’e göre öngörülebilir bir eğri izlemeli. Ancak bilim insanları, bu grafikte açıklanamayan küçük bir sapma tespit etti.
Söz konusu sapmanın, arada kalmış bir etkileşimden kaynaklanabileceği öne sürüldü. Bu etkileşim, kütlesi 10 ile 10 milyon elektronvolt arasında olan bilinmeyen bir parçacığın varlığına işaret ediyor olabilir.
‘Kesin değil ama umut verici’
Araştırmacılar, gözlemlenen sapmanın şu an için bilinen fizik kurallarıyla açıklanıp açıklanamayacağının net olmadığını belirtiyor. Ancak sapmanın yalnızca tek bir faktöre bağlı olması, teorik olarak beşinci kuvvetin işareti olabilir.
Sonuçların doğrulanması için daha hassas deneylere ve gelişmiş hesaplamalara ihtiyaç duyuluyor. Yine de bu çalışma, fizikçilerin nereye odaklanmaları gerektiği konusunda önemli bir yön veriyor.
Araştırmanın sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.
