کشف احتمالی نیروی پنجم طبیعت: گامی تازه در فهم جهان هستی
فیزیکدان‌ها با مطالعه دقیق گذارهای اتمی در ایزوتوپ‌های کلسیم، ردپایی از یک نیروی ضعیف و جدید یافتند که می‌تواند بین الکترون‌ها و نوترون‌ها عمل کند و مدل استاندارد فیزیک را تکمیل نماید.
از دیرباز، فیزیک‌دانان جهان را بر پایه چهار نیروی بنیادی تبیین کرده‌اند: گرانش، الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای قوی و نیروی هسته‌ای ضعیف. اما در حالی که این مدل موسوم به «مدل استاندارد» توانسته بسیاری از پدیده‌های کیهانی و کوانتومی را توضیح دهد، هنوز معماهای بزرگی باقی مانده‌اند؛ از جمله ماهیت ماده تاریک، عدم تقارن ماده و پادماده پس از مهبانگ (Big Bang)، و نبود نظریه‌ای کوانتومی برای گرانش.
در این تحقیق جدید، دانشمندان به بررسی دقیق تعاملات میان نوترون‌ها و الکترون‌ها در دل اتم‌ها پرداخته‌اند تا اثری از نیرویی جدید را بیابند. این تلاش برخلاف مطالعات پیشین که به دنبال اثرات چنین نیروهایی در مقیاس‌های کیهانی بودند، به دقت در مقیاس اتمی و درون هسته متمرکز شده است. پژوهشگران از پنج ایزوتوپ مختلف عنصر کلسیم در دو وضعیت بار الکتریکی متفاوت استفاده کردند تا رفتار گذارهای الکترونی در اتم‌ها را با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری کنند.
در این گذارها، الکترون‌ها با جذب انرژی به مدارهای بالاتری در اطراف هسته پرتاب می‌شوند. ویژگی این گذارهای انرژی، که «گذارهای اتمی» نام دارند، به ساختار دقیق هسته و تعداد نوترون‌های آن بستگی دارد. با مقایسه این تفاوت‌ها در ایزوتوپ‌های مختلف، دانشمندان نموداری به نام «نمودار کینگ» (King plot) ترسیم می‌کنند که در حالت عادی باید توسط مدل استاندارد قابل پیش‌بینی باشد.
اما در این آزمایش، پژوهشگران انحرافاتی در این نمودار مشاهده کردند که با مدل استاندارد کاملاً قابل توضیح نبود. این انحرافات ممکن است ناشی از وجود نیرویی ضعیف و ناشناخته باشند که میان نوترون‌ها و الکترون‌ها عمل می‌کند و توسط ذره‌ای فرضی به نام «ذره یوکاوا» (Yukawa particle) واسطه‌گری می‌شود. طبق محاسبات آنها، اگر چنین ذره‌ای وجود داشته باشد، جرم آن می‌تواند در بازه‌ای بین ۱۰ تا ۱۰ میلیون الکترون‌ولت قرار داشته باشد.
گرچه هنوز نمی‌توان با قطعیت گفت که این اختلافات نتیجه مستقیم نیروی پنجم هستند، اما محققان توانسته‌اند عوامل احتمالی این انحرافات را محدود کنند. این یافته‌ها، زمینه را برای تحقیقات آینده فراهم کرده‌اند تا با آزمایش‌هایی دقیق‌تر و مدل‌سازی‌های پیشرفته‌تر، ماهیت این پدیده بهتر روشن شود.
اگر وجود چنین نیرویی تأیید شود، پیامدهای آن می‌تواند فراتر از دگرگونی نظریه‌های فیزیکی باشد. نیروی پنجم ممکن است سرنخی برای درک ماده تاریک، حل معمای گرانش کوانتومی یا حتی کشف ذرات جدیدی باشد که هنوز ناشناخته‌اند.
نتایج این مطالعه مهم در ژورنال علمی معتبر Physical Review Letters منتشر شده و توجه جامعه فیزیک را به خود جلب کرده است. اکنون چشم امید پژوهشگران به تحقیقات بعدی دوخته شده تا شاید در آینده‌ای نزدیک، یکی از اسرار دیرپای جهان هستی سرانجام فاش شود.