El modelo estándar es hasta ahora la teoría que mejor nos describe cómo funcionan las fuerzas del Universo. Y aunque poco a poco se han ido produciendo nuevos hallazgos sobre el comportamiento de las partículas y su incidencia en el cosmos, los científicos sospechan que todavía hay más allá afuera de lo que la teoría predice. En los últimos años ha surgido la idea de que existe una ‘quinta fuerza’ de la naturaleza y nuevos hallazgos podrían acercarnos a ella.
Las cuatro fuerzas fundamentales
Desde hace décadas la física ha estipulado que existen cuatro fuerzas fundamentales bajo las que se rige el comportamiento universal. El electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y fuerte, y la gravedad. No obstante, el modelo estándar sólo ha podido describir tres de ellas. Según la teoría, cada una actúa por medio de una partícula mensajera que es portadora de la unidad mínima de cada fuerza. Tenemos que el fotón es la partícula mensajera del electromagnetismo, el gluón de la fuerza nuclear fuerte y el bosón Z y W de la nuclear débil. No se han tenido indicios de una partícula mensajera portadora de la gravedad, en cuyo caso se especula que es el gravitón, que hasta ahora nadie ha encontrado.
Estas fuerzas son el pilar de la física de partículas que intenta describir su incidencia en el comportamiento del universo y los objetos que se encuentran en él. Pero conforme los científicos avanzan en sus experimentos, han descrito que podría existir una quinta fuerza universal que complementaría la incidencia de las otras cuatro.
La quinta fuerza Yukawa
Según un nuevo estudio del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), nuevas propiedades descubiertas en los cristales de silicio podrían dar indicio sobre una partícula subatómica importante y una quinta fuerza teorizada con anterioridad, llamada la fuerza Yukawa.
Al apuntar neutrones a los cristales de silicio y monitorear el resultado con una sensibilidad exquisita, los científicos pudieron obtener tres resultados extraordinarios. Hicieron la primera medición de una propiedad neutrónica clave en 20 años utilizando un método único. También hallaron las mediciones de la más alta precisión de los efectos de las vibraciones relacionadas con el calor en un cristal de silicio. Lo que los condujo a encontrar los límites de lo que podría ser la ‘quinta fuerza’, más allá de las teorías del modelo estándar.
Neutrones no tan neutros
Los neutrones son eléctricamente neutros como su nombre sugiere, aunque a su vez están formados por tres quarks con distintas propiedades eléctricas sin distribución uniforme. El resultado es que la carga predominante negativa tiende a ubicarse hacia la parte exterior del neutrón, mientras que la carga positiva se concentra en el centro. Justamente esta distancia entre estas dos concentraciones se denomina ‘radio de carga’ y es una dimensión de suma importancia para la física fundamental. Con anterioridad ya se ha intentado medir, no obstante, la tecnología ha llevado a grandes discrepancias.
Pero parece que la nueva investigación fijó un límite más razonable para el radio de carga del neutrón, para encontrar esta medición, los científicos utilizaron la interferometría de Pendellösung. Encontraron que su escala de longitud se posicionaría entre 0,02 nanómetros y 10 nanómetros. Distancia que podría significar el rango sobre la incidencia de una quinta fuerza universal.
Referencias: Heacock, B. (2021). Pendellösung interferometry probes the neutron charge radius, lattice dynamics, and fifth forces. Science. 373, (6560). DOI
