Υπάρχει και πέμπτη θεμελιώδης δύναμη στο Σύμπαν;

Σύμφωνα με τις μέχρι τώρα γνώσεις μας, ο κόσμος μας αποτελείται από τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, ισχυρή και ασθενής πυρηνική).  

Καθώς όμως υπάρχουν μυστήρια των οποίων τη φύση δε γνωρίζουμε ακόμη, όπως η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια, έχει προταθεί πως ίσως υπάρχουν και άλλες θεμελιώδεις αντιδράσεις, τις οποίες δεν έχουμε ανακαλύψει ακόμη.

Νέες μετρήσεις σε πειράματα κβαντικής ηλεκτροδυναμικής από μια διεθνή ομάδα φυσικών, δείχνουν πως, εάν υπάρχει μία πιθανή πέμπτη θεμελιώδης δύναμη στις χαμηλές ενέργειες, ίσως μπορέσουμε να την ανακαλύψουμε σύντομα.

QED και η σταθερά α

Η κβαντική ηλεκτροδυναμική (QED), είναι η συγχώνευση της κβαντικής φυσικής με την ειδική σχετικότητα, και περιγράφει το πως αλληλεπιδρά η ύλη με το φως. Είναι ίσως η πιο επιτυχημένη θεωρία που έχουμε έως σήμερα, με συμφωνία θεωρίας-πειράματος που αγγίζει τα εννέα δεκαδικά ψηφία! Ο γνωστός φυσικός  Richard Feynman την είχε μάλιστα αποκαλέσει το «κόσμημα της φυσικής».

Μία βασική τιμή που δίνει η συγκεκριμένη θεωρία, είναι η σταθερά λεπτής υφής α, η οποία  –στις χαμηλές ενέργειες-  ισούται με περίπου 1/137. Ο υπολογισμός της τιμής του α σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια έχει γίνει αντικείμενο πολλών πειραμάτων.    

Ο καθηγητής Wim Ubachs του πανεπιστημίου του Άμστερνταμ και οι συνεργάτες του εκτέλεσαν πολύ ακριβείς μετρήσεις συχνοτήτων στα άτομα του υδρογόνου και του ηλίου, και εντόπισαν νέο πεδίο έρευνας για μια –κρυφή έως τώρα- πέμπτη δύναμη.

Στους εξαιρετικά περίπλοκους κβαντικούς τους υπολογισμούς χρησιμοποίησαν ως τιμή του α τα αποτελέσματα της έγκυρης βάσης δεδομένων για φυσικούς CODATA.   Η πρωτοτυπία τους ήταν να χρησιμοποιήσουν παλμούς από ένα ειδικό λέιζερ από Τιτάν ιο-Ζαφείρι (Ti:Sa) το οποίο και κατασκεύασαν, το οποίο τους επέτρεψε να δουν τις συγκεκριμένες αρμονικές συχνότητες που χρειάζονταν.

Πέραν αυτού, χρησιμοποίησαν κι ένα ακόμη εξελιγμένο είδος λέιζερ, ενώ ευνοήθηκαν και από τις εξελίξεις σε υπολογιστικές μεθόδους στη κβαντική χημεία.

Η πρωτοτυπία στην έρευνα αυτή, έγκειται στο γεγονός πως έδειξαν ότι είναι δυνατός ο ακριβής υπολογισμός των δυνάμεων μεταξύ δύο αδρονίων (σωματιδίων δηλαδή που υπόκεινται στην ισχυρή δύναμη).

Η πέμπτη δύναμη, εάν υπάρχει, ίσως συνεισφέρει στην υπάρχουσα ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Μέχρι στιγμής, δεν έχουν βρεθεί ενδείξεις για την ύπαρξή της, όμως ο καθηγητής Ubachs, σημειώνει πως υπάρχουν πολλά περιθώρια για βελτίωση, και πως ο δρόμος μόλις άνοιξε.