Des physiciens pensent avoir trouvé une cinquième force de la nature

Parfois, ou même souvent, la physique peut être assez intense à comprendre, mais l’un des aspects les plus simples de ce domaine est que tout dans l’univers est contrôlé par seulement quatre forces fondamentales : la gravitation, l’interaction nucléaire forte, l’interaction électromagnétique et l’interaction nucléaire faible.

Mais depuis peu, des physiciens en Hongrie pensent qu’ils pourraient avoir trouvé des preuves d’une cinquième force. Et, si elle est vérifiée, cela voudrait dire que nous aurons besoin de revoir nos connaissances sur la façon dont l’Univers fonctionne réellement.

Refaisons un point sur les 4 forces certifiées, car elles sont assez importantes. Elles sont un élément fondamental du modèle standard de la physique, qui explique tous les comportements et les particules que nous voyons dans l’Univers. En simplifiant et en commençant par la plus grande extrémité de l’échelle, la gravité est responsable de l’attraction des corps massifs entre eux (les planètes par exemple) et la force électromagnétique fait la même chose, mais de manière différente, avec nos molécules. A l’autre bout de l’échelle, il y a la force nucléaire forte qui est la colle pour les noyaux atomiques et la force nucléaire faible qui permet à certains atomes de passer par la désintégration radioactive (réaction nucléaire dans les étoiles, par exemple). Ensemble, ces forces expliquent, plus ou moins, la physique que nous pouvons observer.

La preuve de cette cinquième force a été repérée l’année dernière, quand une équipe de l’Académie hongroise des sciences a rapporté qu’ils avaient projeté des protons sur du lithium-7 et dans les retombé de l’interaction, avoir détecté un nouveau boson super-léger qui était seulement 34 fois plus lourd qu’un électron.

Aussi important que cela puisse paraitre, le papier n’a pas eu l’attention nécessaire et fut oublié jusqu’à ce qu’une équipe aux États-Unis publie leur propre analyse des données à la fin du mois dernier.

L’équipe américaine, dirigée par Jonathan Feng de l’université de Californie, a montré que les données ne rentrent pas en conflit avec les expériences précédentes et elle a calculé que le nouveau boson pourrait en effet être porteur d’une cinquième force fondamentale. C’est à partir de ce moment que le monde de la science a commencé à s’y intéresser.

Ce document n’a pas encore été examiné par des pairs (peer-reviewed), mais il a été diffusé de telle sorte que les autres physiciens puissent vérifier les résultats et ajouter leurs propres conclusions, ce qui est le cas actuellement.

Ainsi des chercheurs du monde entier s’efforcent d’effectuer des tests de suivi pour vérifier la découverte hongroise et nous pouvons nous attendre à des résultats dans environ un an.

Mais qu’est-ce qu’un boson super-léger a à voir avec une nouvelle force de la nature ?

Ce n’est pas la première fois que des chercheurs ont affirmé avoir détecté une cinquième force. De nombreux scientifiques pensent qu’il pourrait y avoir une particule, appelée “photon noir”,  qui pourrait mener à une nouvelle force permettant d’expliquer la matière noire, cette substance invisible qui représente plus de 80 % de la masse de l’Univers.

Voilà ce que l’équipe hongroise, dirigée par le physicien Attila Krasznahorkay, cherchait. Pour ce faire, ils ont tiré des protons sur des cibles minces de lithium-7, une collision qui a créé des noyaux instables de béryllium 8, qui se sont ensuite décomposés en paires d’électrons et de positrons.

Selon Edwin Cartlidge :

Selon le modèle standard, les physiciens devraient constater que le nombre de ces paires observées diminue à mesure que l’angle séparant la trajectoire de l’électron et du positon augmente.

Mais cela n’a pas été ce que l’équipe a vu. A environ 140 degrés, le nombre de ces paires a grimpé, ce qui crée une petite bosse avant de retomber à nouveau à des angles plus élevés.

Cette “bosse” était la preuve d’une nouvelle particule, selon Krasznahorkay et son équipe. Ils ont calculé que la masse de cette nouvelle particule serait autour des 17 mégaélectronvolts, ce qui n’était pas attendu pour le “photon noir”, mais pourrait être la preuve de toute autre chose.

Les chercheurs sont très confiants quant à leurs résultats expérimentaux. Selon eux, les chances que cette bosse soit une anomalie sont d’environ 1 200 milliards, mais il faut garder à l’esprit qu’aucune autre équipe n’a encore confirmé leurs résultats.

L’analyse par l’équipe de Feng aux États-Unis n’était pas une répétition de l’expérience, mais des calculs pour vérifier que, théoriquement au moins, le boson super-léger détecté par Krasznahorkay pourrait être capable de porter une nouvelle force fondamentale.

La communauté scientifique reste encore assez sceptique, concernant cette découverte, surtout en voyant que le boson super-léger n’était pas ce que l’on s’attendait à trouver.

Il ne reste plus qu’à attendre les résultats de ces autres équipes scientifiques, dans un an !

A suivre…

La précédente étude de l’Académie hongroise des sciences sur arXiv : Observation of Anomalous Internal Pair Creation in 8Be: A Possible Signature of a Light, Neutral Boson. La plus récente expertise mathématique de l’université de Californie : Evidence for a Protophobic Fifth Force from 8Be Nuclear Transitions et l’annonce dans Nature : Has a Hungarian physics lab found a fifth force of nature?