Les récentes découvertes d’une équipe de physiciens nucléaires expérimentaux en Hongrie indiquant la découverte possible d’une nouvelle particule subatomique pourraient être la preuve d’une cinquième force de la nature, selon une équipe de physiciens théoriques de l’Université de Californie, Irvine.
La découverte d’une éventuelle cinquième force de la nature changerait complètement notre compréhension de l’Univers, selon Jonathan L. Feng. et al. Cette image Hubble montre la galaxie Whirlpool (également connue sous le nom de Messier 51 et NGC 5194) et sa galaxie compagne, NGC 5195. Crédit image : NASA / ESA / S. Beckwith, STScI / Hubble Heritage Team / STScI / AURA.
“Si c’est vrai, c’est révolutionnaire. Pendant des décennies, nous avons connu quatre forces fondamentales : la gravitation, l’électromagnétisme et les forces nucléaires forte et faible”, a déclaré le professeur Jonathan Feng, professeur de physique et d’astronomie au département de physique et d’astronomie de l’université de Californie à Irvine.
“Si elle est confirmée par d’autres expériences, cette découverte d’une éventuelle cinquième force changerait complètement notre compréhension de l’Univers, avec des conséquences sur l’unification des forces et la matière noire.”
L’équipe est tombée sur une étude récente du Dr Attila Krasznahorkay, de l’Institut de recherche nucléaire de l’Académie hongroise des sciences à Debrecen, en Hongrie, et de ses co-auteurs (préimpression arXiv.org), qui recherchaient des “photons sombres”, des particules qui représenteraient la matière noire invisible, laquelle, selon les physiciens, constitue environ 85 % de la masse de l’Univers.
Les travaux de A. Krasznahorkay. et al ont mis en évidence une anomalie de désintégration radioactive qui indique l’existence d’une particule légère à peine 30 fois plus lourde qu’un électron.
“Les expérimentateurs n’ont pas pu affirmer qu’il s’agissait d’une nouvelle force. Ils ont simplement constaté un excès d’événements indiquant l’existence d’une nouvelle particule, mais ils n’ont pas pu déterminer clairement s’il s’agissait d’une particule de matière ou d’une particule porteuse de force”, a déclaré le professeur Feng.
Le professeur Feng et ses collègues ont étudié les données de l’équipe hongroise ainsi que toutes les autres expériences précédentes dans ce domaine et ont montré que les preuves sont fortement défavorables aux particules de matière et aux photons sombres.
Ils ont cependant proposé une nouvelle théorie qui synthétise toutes les données existantes et ont déterminé que la découverte pourrait indiquer une cinquième force.
Leur analyse initiale a été publiée le 25 avril sur le serveur de préimpression arXiv.org, et ce mois-ci dans le journal Physical Review Letters. Un article de suivi amplifiant les conclusions du premier travail a été publié le 11 août sur arXiv.org.
L’analyse démontre qu’au lieu d’être un photon sombre, la particule pourrait être un “boson X protophobe”.
Alors que la force électrique normale agit sur les électrons et les protons, cette nouvelle particule n’interagit qu’avec les électrons et les neutrons – et à une distance extrêmement limitée.
“Il n’y a aucun autre boson que nous avons observé qui présente cette même caractéristique. Parfois, nous l’appelons aussi simplement le ‘boson X’, où ‘X’ signifie inconnu”, a déclaré le professeur Timothy Tait, co-auteur du projet.
“D’autres expériences sont cruciales. La particule n’est pas très lourde, et les laboratoires disposent des énergies nécessaires pour la fabriquer depuis les années 50 et 60”, a ajouté le professeur Feng.
“Mais la raison pour laquelle elle a été difficile à trouver est que ses interactions sont très faibles”.
“Cela dit, comme la nouvelle particule est très légère, il existe de nombreux groupes expérimentaux travaillant dans de petits laboratoires à travers le monde qui peuvent donner suite aux premières affirmations, maintenant qu’ils savent où chercher.”
Comme de nombreuses percées scientifiques, celle-ci ouvre des champs d’investigation entièrement nouveaux.
Une direction qui intrigue les scientifiques est la possibilité que cette cinquième force potentielle soit jointe aux forces électromagnétique, nucléaire forte et faible comme manifestations d’une force plus grande et plus fondamentale.”
Citant la compréhension qu’ont les physiciens du modèle standard, le professeur Feng a émis l’hypothèse qu’il pourrait également y avoir un secteur sombre distinct avec sa propre matière et ses propres forces.
“Il est possible que ces deux secteurs se parlent et interagissent l’un avec l’autre par des interactions quelque peu voilées mais fondamentales”, a déclaré le professeur Feng.
“Ce secteur sombrepeut se manifester sous la forme de cette force protophobe que nous observons à la suite de l’expérience hongroise.”
“Dans un sens plus large, cela correspond à nos recherches initiales pour comprendre la nature de la matière noire.”
