Partikkelfysikere er på sporet av noe ukjent:

(Bilde: Fermilab)

BBC meldte nylig at partikkelfysikere var på sporet av en mulig «femte naturkraft». Men hva betyr egentlig det?

Det fysikerne kaller Standardmodellen beskriver partiklene, de minste bestanddelene i universet som vi vet om. Elementærpartiklene gir opphav til alt vi ser rundt oss, men fysikerne vet at det er noe som mangler i Standardmodellen. 

Noen partikler er såkalt kraftbærende. Dette er partikler som ligger bak de grunnleggende naturkreftene. For eksempel blir elektromagnetisk kraft båret av fotoner. 

Du kan lese mer om hva partikler og standardmodellen egentlig er på forskning.no. Denne modellen er bygget opp og pusset på i mange tiår.

Men partikler som forklarer mørk materie og mørk energi, er bare noen av eksemplene på ting som foreløpig ikke omfattes av standardmodellen. 

I mange år har det vært vanskelig å finne noe helt nytt i fysikken. Det er lenge siden et eksperiment har vist helt ny, ukjent fysikk. 

Fysikerne ved CERN målte Higgsbosonet for første gang i 2012, men denne partikkelen var godt kjent i teoriene i mange tiår før den faktisk ble målt.

Men nå er det nye bekreftelser på hint av ny fysikk ved Muon G-2-ekperimentet ved Fermilab i USA, ifølge hjemmesidene deres. En forskningsartikkel om funnet skal snart publiseres i tidsskriftet Physical Review Letters.

– Det er et av de mest spennende eksperimentene å følge, sier Are Raklev til forskning.no. Han er professor i fysikk ved Universitet i Oslo. 

– Her kan det virkelig være noe ny fysikk. 

Men hva er det fysikerne har funnet? 

Myonets bevegelser

Eksperimentet Muon G-2 ved Fermilab i USA har holdt på i flere år. Poenget er å finne ut om myon-partikkelen kan avdekke ny fysikk. 

For det er noe som ser ut til å ikke stemme med myonet. Standardmodellen brukes til å regne ut og forutsi hvordan partiklene oppfører seg i den virkelige verden. 

Her er Standardmodellen brukt med svært stor suksess, siden den gang på gang har vist seg å stemme overens med eksperimenter. Myonet er en elementærpartikkel som ligner på elektronet, men er mye mer massivt. Du kan lese mer om myonet og hva det er for noe på forskning.no.

Men målinger av myonet skaper både trøbbel og muligheter. 

Det handler om hvordan myonet spinner i magnetiske felt, forklarer Are Raklev. Og målingene fra eksperimentet ved Fermilab stemmer ikke overens med noen teoretiske anslag av denne egenskapen ved myonet. 

Det betyr at vi kanskje trenger ny fysikk. Kanskje er det altså ukjente og uoppdagede partikler som skal til for å forklare denne forskjellen mellom teori og eksperiment. 

De første resultatene fra Fermilab-eksperimentet kom i 2021. Du kan lese mer om resultatene her. De viste mest sannsynlig at teorien ikke stemte overens med virkeligheten.

Nå har det altså kommet nye resultater. De ligner på de som kom i 2021, men presisjonen er bedre. 

– Det er litt mindre sprik. Men dette er en mellomstadie-rapport, sier Are Raklev. 

De endelige resultatene kommer i 2025, men til nå ser det altså ut som om resultatene holder seg. Ideen er at presisjonen skal bli bedre og bedre, helt til de kan være nær sikre på at det foregår noe rart her.

Kan ikke juble enda

Men det er noe som kanskje stikker kjepper i hjulene for dette resultatet, forteller Are Raklev. En alternativ måte å regne ut denne egenskapen ved myonet ble publisert i en forskningsartikkel i Nature i 2021 som du finner her.

Denne regnemåten, kalt Lattice QCD, er avhengig av store superdatamaskiner og gir et svar som ligger nærmere resultatet fra muon g-2-eksperimentet, sammenlignet med tidligere, mer tradisjonelle metoder. 

– Hvis det ikke hadde vært for denne uenigheten, så hadde det vært en mer eller mindre bekreftelse på ny fysikk, sier Are Raklev. 

Men det er ekstremt vanskelig å predikere resultatet, understreker Raklev. Uansett er det for tidlig å si hvilken metode som ligger nærmest virkeligheten.

Fermilab har også kunngjort at de kommer til å komme med et nytt teoretisk anslag for det såkalte anomale magnetisk dipol-momentet til myonet i løpet av noen år.

Men hvis det er nye partikler her hva kan det være snakk om?

Hvis det faktisk viser seg å være noe ny fysikk som påvirker myonet på en måte som fysikerne ikke kjenner til, vil det være noe nytt og ukjent. 

Det finnes mange forskjellige typer partikler, og de som jobber med teoretisk fysikk, peker på at denne nye partikkelen mest sannsynlig er et boson.

Dette kan være kraftbærende partikler, som også inkluderer fotonet – partikkelen som bærer den elektromagnetiske kraften. 

BBC har snakket med Graziano Venanzoni, fysikkprofessor ved University of Liverpool. Venanzoni sier at det kan forklares som en ny naturkraft, men det er noe de ikke kjenner til enda. De kaller det den «femte kraften».

Da mener han en ny kraft som legges til de fire såkalte fundamentale naturkreftene. Dette er tyngdekraft, den sterke kjernekraften, den svake kjernekraften og elektromagnetisme. 

Alle disse kreftene har en eller flere assosierte partikler. Hva som skjuler seg bak denne mulige påvirkningen på  myonet er selvfølgelig ukjent og Raklev er usikker på betegnelsen en «femte kraft» på dette tidspunktet. 

– Men det er ikke så opplagt for meg at det kan kalles en kraft. 

Han forteller at dette er en del av en faglig debatt om hva en fundemental kraft egentlig er for noe. Hvis det faktisk viser seg å være en ny partikkel eller kraft som skjuler seg her, kan det åpne nye dører, forteller Raklev.

I teorien kan dette skape store sprekker i Standardmodellen som kan danne grunnlag for muligheten for en hel rekke nye partikler. Disse teoretiske prediksjonene kan gi nye lete-mål for forskerne ved LHC-partikkelakseleratoren ved Cern i Sveits. 

Så er spørsmålet om resultatene kommer til å holde seg når de endelige resultatene slippes om noen år. 

Lasse Biørnstad

JOURNALIST