Fizikteki her hareketin ardında bir itme veya çekme kuvveti yatar. Bildiğimiz kadarıyla bu kuvvetler yalnızca dört temel kategoriye ayrılır: elektromanyetizma, kütle çekimi ve iki çeşit nükleer kuvvet (güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler).
Ancak, parçacık dinamiklerinin karmaşık dünyasında, tespit edilmesi zor olabilecek, henüz keşfedilmemiş ek kuvvetler de saklanıyor olabilir.
Son yapılan bir çalışmada, uluslararası bir fizikçi ekibi, atomların çekirdeklerindeki elektronlar ve nötronlar arasında etkileşim kurabilecek potansiyel bir 'beşinci' kuvvetin nerede saklanabileceği konusunda yeni kısıtlamalar getirdi.
Fiziğin Standart Modeli, evrensel ve kuantum ölçekteki pek çok fenomeni başarıyla açıklasa da, fizikçilerin hala kafa yorduğu önemli boşluklar içerir.
Örneğin karanlık madde hala gizemini koruyor. Büyük Patlama'dan sonra neden bir madde türünün diğerine baskın geldiği bilinmiyor. Kütle çekimi ise, davranışını açıklayacak bir kuantum teorisinin olmaması nedeniyle, kuvvet ailesinin en tartışmalı üyesi olarak duruyor.
Fiziğe yeni alanlar ve parçacıklar eklemek, bu tür gizemli fenomenleri açıklamada önemli bir adım olabilir ve mevcut modeli genişletebilir.
Atomların çekirdeklerinde olası bir kuvvetin aracı olduğu varsayılan bir Yukawa parçacığı fikri de bu bağlamda ortaya çıkıyor. Eğer bu parçacık varsa, atom çekirdeğini oluşturan parçacıkların birbirleriyle ve muhtemelen elektronlarla etkileşimini ince bir şekilde etkilemesi beklenir.
Beşinci kuvvetin kozmik ölçekteki öngörülen etkilerini araştırmaya yönelik daha önceki girişimlerin aksine, bu son araştırmanın arkasındaki fizikçiler, odaklarını dört farklı kalsiyum türünün çekirdeği etrafındaki çok daha küçük bir alana çevirdiler.
Elektronlar tipik olarak, pozitif yüklü çekirdeğe olan çekimleriyle kendi yörüngelerine bağlı kalırlar. Ancak onlara enerji verildiğinde, "atom geçişi" olarak bilinen bir olayla anlık olarak daha yüksek bir yörüngeye sıçrarlar.
Bu sıçramanın tam zamanlaması büyük ölçüde çekirdeğin yapısına bağlıdır. Bu da, bir elementin sahip olduğu nötron sayısına bağlı olarak farklı atom geçişleri sergileyebileceği anlamına gelir.
Bu varyasyonların haritalandırılması, Standard Model tarafından nispeten düz bir şekilde öngörülmesi gereken bir King diyagramı oluşturur. Diyagramın modelle eşleşmediği durumların bulunması, teorik olarak, nötronlar ve elektronlar arasında işleyen zayıf bir ek kuvvetin varlığını gösterebilir.
Araştırmacılar, iki farklı yük durumundaki beş kalsiyum izotopunu kullanarak, atom geçişlerini, 10 ile 10 milyon elektronvolt arasında bir kütleye sahip aracı bir parçacık tarafından yönetilen küçük, henüz tanımlanmamış bir kuvvete yer bırakacak bir hassasiyetle ölçtüler.
Hesaplamalarındaki bu belirsizlik ne olursa olsun, araştırmacılar bunun büyük ölçüde tek bir faktörden kaynaklandığını gösterdiler ki bu, beşinci bir kuvvetin varlığına dair bir ipucu olabilir.
Ortaya çıkan sapmaların bilinen fizikten mi yoksa varsayımsal Yukawa etkileşiminden mi kaynaklandığını doğrulamak için daha ileri deneyler ve iyileştirilmiş hesaplamalar gerekecektir, ancak araştırmacılar en azından ne arayacakları konusunda artık daha iyi bir fikre sahipler.
Bu araştırma, fizik alanında saygın bir dergide yayınlandı.
