宇宙は4つの基本的な力、重力、電磁気学、強い核力と弱い核力によって支配されています。これらの力は、私たちの周りにあるすべてのものの動きと行動を推進します。少なくともそれが私たちの考えです。しかし、過去数年にわたって、第5の基本的な力の証拠が増えてきました。新しい研究ではこの5番目の力は発見されていませんが、これらの宇宙の力をまだ完全には理解していないことを示しています。
基本的な力は素粒子物理学の標準モデルの一部です。このモデルは、電子、陽子、反物質など、私たちが観測するすべてのさまざまな量子粒子を記述します。クォーク、ニュートリノ、ヒッグス粒子はすべてモデルの一部です。
モデルの「力」という用語は、少し誤った名称です。標準モデルでは、各力はあるタイプのキャリアボソンの結果です。光子は電磁気のキャリアボソンです。グルーオンは強者のキャリアボソンであり、WとZとして知られているボソンは弱者のボソンです。重力は技術的に標準モデルの一部ではありませんが、量子重力には重力子として知られるボソンがあると想定されています。量子重力を完全に理解しているわけではありませんが、1つのアイデアは、重力を標準モデルと統合して、大統一理論（腸).
これまでに発見したすべての粒子は、標準モデルの一部です。これらの粒子の動作は、モデルと非常に正確に一致します。標準モデルを超えた粒子を探しましたが、これまでのところ、それを見つけることはありません。標準モデルは科学的理解の勝利です。量子物理学の頂点です。
しかし、深刻な問題があることを学び始めました。
まず、標準モデルは、私たちが考えていた方法で重力と組み合わせることができないことがわかりました。標準モデルでは、基本的な力はより高いエネルギーレベルで「統一」されます。電磁気と弱いものは電弱に結合し、電弱は強いものと一体化して電子核力になります。非常に高いエネルギーでは、電子核力と重力が統一されます。素粒子物理学の実験は、統一エネルギーが一致しないことを示しています。
さらに問題なのは暗黒物質の問題です。暗黒物質は、銀河の外縁にある星やガスが重力によって予測されるよりも速く動く理由を説明するために最初に提案されました。私たちの重力理論はどういうわけか間違っているか、銀河には目に見えない（暗い）質量があるはずです。過去50年間で、暗黒物質の証拠は非常に強くなりました。ダークマターがどのように銀河をクラスター化するか、特定の銀河内でどのように分布するか、そしてどのように動作するかを観察しました。通常の物質やそれ自体とは強く相互作用せず、ほとんどの銀河の質量の大部分を占めています。
しかし、ダークマターを構成する可能性のある粒子は標準モデルにはありません。ダークマターは小さなブラックホールなどでできている可能性がありますが、天文データはその考えを実際にサポートしていません。ダークマターは、おそらく未発見の粒子でできている可能性が高く、標準モデルでは予測できません。
それから暗黒エネルギーがあります。遠方の銀河の詳細な観察は、宇宙が絶えず増加している速度で拡大していることを示しています。このプロセスを推進している何らかのエネルギーがあるようで、私たちはその方法を理解していません。この加速は、時空の構造、つまり宇宙を膨張させる一種の宇宙定数の結果である可能性があります。これはまだ発見されていないいくつかの新しい力によって駆動されている可能性があります。ダークエネルギーが何であれ、それは宇宙の3分の2以上を構成します。
これはすべて、標準モデルがせいぜい不完全なものであることを示しています。宇宙が機能する方法に根本的に欠けているものがあります。超対称性から未発見のクォークまで、標準モデルを修正するために多くのアイデアが提案されてきましたが、1つのアイデアは5番目の基本的な力があるということです。このフォースには、独自のキャリアボソンと、我々が発見したものを超える新しい粒子があります。
この5番目の力は、標準モデルと矛盾する微妙な方法で観察した粒子とも相互作用します。これにより、そのような相互作用の証拠があると主張する新しい論文が表示されます。
この論文は、ヘリウム4原子核の崩壊の異常を調べており、ベリリウム8崩壊の以前の研究に基づいています。ベリリウム-8には不安定な原子核があり、ヘリウム-4の2つの原子核に崩壊します。 2016年にチームは、ベリリウム8の崩壊が標準モデルにわずかに違反しているように見えることを発見しました。核が励起状態にあるとき、崩壊するときに電子と陽電子のペアを放出することができます。より大きな角度で観測されたペアの数は、標準モデルが予測するよりも多く、アトムキ異常として知られています。
実験エラーを含め、この異常には多くの考えられる説明がありますが、1つの説明は、X17という名前のチームのボソンによって引き起こされたというものです。これは（まだ不明ですが）5番目の基本的な力のキャリアボソンで、質量は17 MeVです。新しい論文で、チームはヘリウム4の崩壊において同様の矛盾を発見しました。 X17パーティクルもこの異常を説明できます。
これはエキサイティングに聞こえますが、注意が必要な理由があります。新しい論文の詳細を見ると、少し変わったデータの微調整があります。基本的に、チームはX17が正確であると想定し、データをモデルに適合させることができることを示しています。そのモデルを示す できる 異常はモデルを証明することと同じではないことを説明する する 異常を説明します。他の説明が可能です。 X17が存在する場合、他の粒子実験でも見られるはずでしたが、実際には見られませんでした。この「第5の力」の証拠は本当に弱いです。
5番目の力は存在する可能性がありますが、まだ見つかりません。私たちが知っていることは、標準モデルが完全に足し合わないということです。これは、いくつかの非常に興味深い発見が見つかるのを待っていることを意味します。
ソース： Krasznahorkay、A. J.、et al。による、仮想X17粒子の存在を支持する新しい証拠。
ソース： Be 8での異常な内部ペアの生成の観察：クラスナホーカ、A。J.等による軽い中性ボソンの可能な兆候
