"Mira, el Sr. Galileo ha calculado todo correctamente". Esta conclusión no se basó en el experimento más preciso, pero fue uno de los más espectaculares, ya que tuvo lugar en la luna.
En 1971, el cosmonauta de la misión Apolo 15, David Scott dejó caer una pluma y un martillo desde una altura y descubrió que simultáneamente alcanzaban la superficie lunar. La aceleración impartida por la gravedad no depende de la composición o la masa corporal, como Galileo había esperado en su experimento (apócrifo) con la Torre Inclinada de Pisa.
¿O depende? Avancemos rápidamente a la primera plana de The New York Times en enero de 1986: "Los
indicios de una quinta potencia en el universo están cambiando los descubrimientos de Galileo ". El periódico describió el trabajo científico de la respetada revista Physical Review Letters, realizada por el físico Eframe Fischbach y sus colegas. Proporcionó evidencia de que la aceleración impartida por la gravedad depende de la composición química del objeto en cuestión. Resultó que la gravedad no era lo que pensábamos: su efecto, según los autores, está influenciado por lo que el reportero del New York Times John Noble Wilford llamó la "quinta interacción", y la agregó a las cuatro fuerzas que ya conocemos.
Durante más de 30 años, se han llevado a cabo muchos experimentos tratando de confirmar la presencia de la supuesta quinta fuerza. A pesar de su precisión extremadamente alta, ninguno ha proporcionado evidencia concluyente de su presencia. Pero la búsqueda no se detiene. Solo el año pasado, una nueva pista seductora de la existencia de tal fuerza apareció en experimentos en física nuclear, lo que condujo a nuevas especulaciones y disturbios.
Los principios fundamentales de la física moderna están en la balanza. Algunos físicos creen que una quinta fuerza es posible, e incluso necesaria, para expandir y unificar las teorías que existen hoy en día. Otros esperan que tal fuerza arroje luz sobre la misteriosa materia oscura, superando a toda la materia ordinaria en el universo. Si existe, dice el físico Jonathan Feng de la Universidad de California, Irvine, "significaría que nuestros intentos de unir fuerzas conocidas fueron prematuros, ya que ahora es necesario unirnos también con el quinto".
¿Y por qué discutir sobre una nueva interacción fundamental, si él no tiene evidencia? La motivación inicial fue clara incluso en los días de Galileo. La masa se puede describir de dos maneras. Una es la inercia: la masa de un objeto es la resistencia al movimiento, y cuanto mayor es la masa, mayor es la resistencia. El otro es la gravedad: de acuerdo con la ley de gravedad de Newton, la fuerza de atracción experimentada por dos objetos es proporcional al producto de sus masas dividido por el cuadrado de la distancia entre ellos. Esta fuerza hace que la manzana que cae se acelere. Y solo si las dos definiciones de masa son idénticas, la aceleración gravitacional no depende de la cantidad de masa acelerada.
¿Pero son idénticos? Si no, entonces diferentes masas caerán bajo la influencia de la gravedad a diferentes velocidades. La idea intuitiva de que una gran masa debería caer más rápido inspiró a las personas a probar mucho antes de Galileo.
Simon Stevin , un naturalista flamenco, arrojó bolas de plomo desde la torre del reloj en Delft en 1586, y no encontró la diferencia en el tiempo que les llevó llegar a la tierra. Newton mismo probó esta idea en 1680, midiendo si el período de oscilación de los péndulos de diferentes masas, pero de la misma longitud, coincide, y deberían coincidir si la aceleración gravitacional es independiente de la masa. Sus estudios fueron repetidos con mayor precisión por el científico alemán
Friedrich Wilhelm Bessel en 1832. No encontraron ninguna diferencia aparente.
La idea de la coincidencia de masas inerciales y gravitacionales se conoce como el "
principio débil de equivalencia " (SPE). La pregunta se volvió crítica cuando
Einstein formuló su teoría general de la relatividad en 1912-1916, basada en la idea de que las fuerzas experimentadas por un objeto debido a la gravedad no difieren de las fuerzas experimentadas debido a la aceleración. Si esto no es así, entonces GR no funcionará.
"El principio de equivalencia es uno de los supuestos básicos de la relatividad general", dijo Stephan Schlamminger, que trabaja en el lugar santísimo del mundo de las mediciones precisas, en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Gaithersburg. “Y, por lo tanto, debe ser cuidadosamente revisado. Los controles sobre el principio de equivalencia son relativamente baratos y simples, pero detectar una violación puede tener serias consecuencias. Sería imprudente no realizar tales experimentos ".
Si el SEE falla, tendremos dos opciones. O la expresión newtoniana para la atracción de dos masas (presente en la relatividad general para masas no muy grandes) es un poco inexacta y debe corregirse. O bien todo está en orden con la gravedad, pero hay una quinta interacción nueva que lo afecta. La quinta interacción se agregaría a las cuatro que ya conocemos: gravedad, electromagnetismo e interacciones fuertes y débiles que controlan las interacciones de partículas subatómicas en los núcleos de los átomos. Gravedad modificada o la quinta interacción: la diferencia aquí, según Fischbach, es semántica.
En cualquier caso, dice Feng, "no hay razón para que la quinta interacción que no habíamos notado antes no hubiera podido existir".
Cuando Einstein conectó el PSE con su nueva teoría de la gravedad, este principio ya se ha probado meticulosamente varias veces. A finales del siglo XIX, el representante de la nobleza húngara, el barón
Lorand Ötvös , que trabajaba en la Universidad de Budapest, se dio cuenta de que podía ser controlado utilizando el saldo de dos masas.
Eötvös usó escalas de torsión. Adjuntó dos objetos a los extremos de un poste que cuelga de una cuerda. Si el peso de los objetos es el mismo, es decir, tienen la misma masa gravitacional, entonces el poste se equilibra horizontalmente. Pero las masas también experimentan fuerza centrífuga debido a la rotación de la Tierra, dependiendo de su masa inercial. Si la masa inercial es equivalente a la gravitacional, todas las fuerzas estarán equilibradas y el polo no se moverá. De lo contrario, las masas tendrán que desviarse de la horizontal debido a la rotación de la Tierra.
Y si la desviación de las dos masas es diferente, por ejemplo, si la desviación de la SPE depende de la composición de la masa, entonces el poste experimentará torque. Incluso si la rotación es muy pequeña, se puede medir, por ejemplo, utilizando un haz reflejado desde un espejo montado en un poste.
Pero el hecho es que la fuerza de gravedad en la Tierra varía según el terreno. Nuestro planeta no es una esfera lisa y uniforme. Las piedras tienen diferentes densidades y ejercen diferentes fuerzas gravitacionales sobre los objetos. Debido a la precisión del experimento de Eötvös, incluso la presencia de edificios universitarios cercanos podría arruinar los resultados. Una forma de eliminar esta influencia era tomar medidas en dos orientaciones diferentes del polo, por ejemplo, cuando se dirige de oeste a este, y luego de norte a sur. En ambas posiciones, los efectos de la gravedad deberían funcionar de la misma manera, pero las fuerzas centrífugas serán diferentes; por lo tanto, cualquier desviación de la ejecución de la SPE dará como resultado una diferencia de par en diferentes posiciones del poste. Este enfoque es coherente con la estrategia general para llevar a cabo experimentos con equilibradores: no es necesario preocuparse por los efectos locales o la precisión de la medición de valores absolutos.
Las perturbaciones locales también pueden cambiar con el tiempo, incluso un camión que pasa puede tener un pequeño efecto gravitacional. Los investigadores tuvieron que trabajar para eliminar tales variables. Incluso la presencia de un experimentador puede marcar la diferencia. Por lo tanto, los científicos húngaros se encontraban a una distancia respetuosa mientras el equilibrador se calmaba, y luego corrieron de cabeza al laboratorio para tomar lecturas hasta que cambió de posición (el período de su turno fue de 40 minutos).
Etvös construyó escalas de torsión para que se convirtieran en un trabajo de ingeniería fina. En un extremo del poste había una masa estándar de platino, y otros materiales estaban sujetos al otro extremo. Los seis se pararon sobre un trípode, capaces de girar para ajustar su orientación. Los giros de poste se rastrearon usando un telescopio y un espejo montado en un poste. Pequeñas diferencias de temperatura podrían distorsionar el aparato y crear una rotación espuria, por lo que toda la estructura estaba encerrada en una habitación cerrada y aislada. Para una mayor precisión, los investigadores realizaron más experimentos en una habitación oscura para que la luz no condujera a fluctuaciones de temperatura. El dispositivo en sí estaba bajo un toldo aislado térmicamente con algas.
Siente la indignación de la fuerza: las escalas de torsión de Eötvös fueron muy sensibles a un momento de giro, lo que podría indicar la presencia de una quinta interacciónLos científicos húngaros comenzaron sus experimentos en 1889 y no encontraron ninguna rotación visible asociada con una desviación del principio de equivalencia en masas de varios materiales diferentes con una precisión de 1 parte por 20 millones.
Entonces, a fines del siglo XIX no había razón para dudar del EIT. Pero en este momento otras razones comenzaron a aparecer. Por ejemplo, el descubrimiento de la radiactividad habló de la presencia de una fuente desconocida de energía dentro de los átomos. Además, el GRT de Einstein dio una nueva mirada a la materia y la masa. Parecía que la masa podía convertirse en energía, y también dependía de la velocidad, aumentando a medida que la velocidad del objeto se acercaba a la velocidad de la luz. Con todo esto en mente, en 1906 la Real Sociedad Científica de Gotinga instituyó un premio de 4.500 marcos para pruebas más sensibles del principio de equivalencia de "inercia y gravedad", ofreciendo los experimentos de Eötvös como referencia.
Incluso el propio Atvös no pudo resistir la competencia. "Era un experto mundial en tales experimentos", dice Fischbach. Él y sus estudiantes, Decco Pecar y Geno Fekete, desempolvaron su experimento de equilibrio de torsión y pasaron miles de horas revisando otros materiales: cobre, agua, asbesto, madera sólida, etc. Enviaron sus hallazgos en 1909, alegando aumentar la precisión del experimento a 1 parte en 200 millones. Pero el informe completo se publicó solo tres años después de la muerte de Eötvös, en 1922. Otro de sus estudiantes, Janos Renner, continuó su trabajo y lo publicó en 1935, anunciando la verificación del EIT con una precisión de 1 parte por 2-5 mil millones.
¿Era tal precisión realmente posible entonces? El físico Robert Dick, especialista en relatividad general, expresó dudas al respecto, abordando un problema similar en la década de 1960. Independientemente de si su crítica es cierta, él y sus colegas usaron escalas de torsión más complejas y lograron una precisión de una parte por cada 100 mil millones. Lo lograron midiendo la aceleración de las masas de prueba no solo por la gravedad de la Tierra, sino también por la gravedad del Sol. Con este enfoque, no había necesidad de alterar el equilibrio mediante la rotación del aparato: la dirección de la atracción gravitacional giraba a medida que la Tierra se movía en órbita alrededor del Sol. Cualquier desviación de la SPE mostraría cambios en la señal, de acuerdo con el período de rotación de la Tierra de 24 horas, lo que permitió distinguir con precisión los datos útiles de las señales falsas que surgieron debido a cambios gravitacionales locales y otros factores. Dick y sus colegas no vieron ningún signo de tal desviación: ningún signo de que la ley de Newton necesitara ser corregida por la quinta interacción.
¿Están satisfechos los físicos? ¿Y cuándo son generalmente felices?
Fischbach se interesó en la quinta interacción después de enterarse del experimento realizado por su colega de Purdue, Roberto Colelo y sus colaboradores en 1975. Intentaron detectar rastros de la influencia de la gravedad newtoniana en las partículas subatómicas. Fischbach se preguntó si sería posible realizar tales experimentos con partículas subatómicas en una situación en la que la gravedad fuera lo suficientemente fuerte como para la aparición de efectos relativistas, y no solo los newtonianos que no describían con precisión la gravedad. Tal experimento podría ofrecer una forma completamente nueva de probar la teoría de Einstein.
Comenzó a considerar la posibilidad de utilizar partículas exóticas de "
kaons ", y sus antipartículas, antikaons que surgen en aceleradores de partículas. Al estudiar el trabajo de kaon realizado en el acelerador de Fermilab, Fischbach comenzó a sospechar que su comportamiento podría estar influenciado por una nueva fuerza que es sensible a un parámetro como el
número bariónico , B.
Esta propiedad de las partículas fundamentales, a diferencia de la masa o la energía, no tiene un significado claro y cotidiano. Es igual a la suma simple del número de componentes,
quarks y antiquarks aún más fundamentales que forman los protones y neutrones en los núcleos de los átomos. Pero esta es la cuestión: si la nueva fuerza depende del número de bariones, debería depender de la composición química de los materiales, ya que los diferentes elementos químicos tienen diferentes números de protones y neutrones. Más precisamente, dependería de la relación del número B a las masas de los átomos que constituyen la sustancia. A primera vista, esta relación debería ser constante, ya que las masas atómicas se obtienen de la suma de protones y neutrones. Pero, de hecho, una pequeña parte de la masa total de todos estos componentes se convierte en energía, que los une y varía según los átomos. Por lo tanto, cada elemento tiene su propia relación única de B a masa.
Composición dependiente de la fuerza. ¿No es eso lo que Etvosh estaba buscando? Fischbach decidió rebobinar la historia y estudiar cuidadosamente los resultados de los experimentos del barón húngaro. En el otoño de 1985, él y su alumno Carrick Talmadge calcularon la relación B / masa para las sustancias utilizadas por Atvös. Lo que descubrieron los sorprendió ellos mismos.
El equipo húngaro encontró desviaciones extremadamente pequeñas para la aceleración gravitacional medida de varias sustancias, pero, en ausencia de un esquema claro de estas desviaciones, se atribuyeron a errores. Pero cuando Fischbach y el Talmadge trazaron desviaciones dependiendo de la relación B / masa, encontraron una línea recta, lo que indica la existencia de una ligera repulsión de las masas, reduciendo su atracción gravitacional.
Fischbach, E. La quinta fuerza: una historia personal. The European Physical Journal H 40, 385-467 (2015).La composición química de los objetos utilizados por Etvosh no siempre fue fácil de reconstruir:
cinco especies de plantas diferentes se llaman el árbol de la serpiente, pero no está claro cómo determinar la composición de la "grasa de oveja interior", pero según sus cálculos, la relación entre los valores se mantuvo. En uno de los casos más sorprendentes, las desviaciones para los cristales de sulfato de platino y cobre fueron casi las mismas. Resultó que casi todas las propiedades de estos materiales (densidad, etc.) son diferentes, y las relaciones B / masa son casi idénticas.
Fischbach y el Talmadge presentaron estos hallazgos en su aclamado artículo de 1986, con la ayuda de Peter Buck, un postdoc cuyo conocimiento alemán le permitió traducir el informe original del equipo de Etvös de 1922. El revisor fue Dick, quien expresó algunas dudas, pero finalmente votó por la publicación. Más tarde, Dick publicó su trabajo, afirmando que las anomalías en las mediciones de Eötvös pueden explicarse por el efecto de la temperatura en el dispositivo. Pero todavía era bastante difícil ver cómo estos efectos conducirían a una correlación tan convincente con una propiedad tan exótica como el número bariónico.
Después de la publicación, muchos escribieron sobre el trabajo, no solo The New York Times, sino también el legendario físico Richard Feynman. Fischbach, a quien Feynman llamó hogar cuatro días después de la publicación de la obra, al principio incluso decidió que era una especie de engaño. Feynman no estaba particularmente impresionado por el descubrimiento, como le dijo a Fischbach y al Los Angeles Times. Pero su propia reacción al trabajo ya habla de la impresión que ella causó en las partes interesadas.
"Dado que nuestro trabajo insinuó la presencia de una nueva interacción en la naturaleza", escribió Fischbach, "puede parecer sorprendente que el proceso de revisión haya ido tan bien". Es posible que esta suavidad se deba al hecho de que ya había razones teóricas y experimentales para sospechar la existencia de una quinta interacción.
En 1955, los físicos estadounidenses de origen chino,
Li Zhengdao y
Yang Zhennin , quienes compartieron el Premio Nobel por su trabajo en la interacción de partículas fundamentales dos años después, estaban interesados en la idea de tener una nueva interacción, dependiendo del número de barión, e incluso usaron el trabajo de Etvosh para indicar restricciones en su fuerza. Lee se reunió con Fischbach apenas una semana después de la publicación de su trabajo y lo felicitó por esto.
Además, en la década de 1970, dos geofísicos de Australia, Frank Stacy y Gary So, midieron con mucha precisión la constante gravitacional en una mina profunda, que determina la relación de masas y fuerzas en la ecuación newtoniana de atracción gravitacional. Obtuvieron un valor muy diferente al que se obtuvo previamente en los laboratorios. Esta discrepancia podría explicarse, entre otras cosas, mediante la introducción de una nueva fuerza que opera a una distancia de varios kilómetros. Las mediciones de Stacy y Taka se inspiraron en parte en el trabajo de principios de la década de 1970 del físico japonés Yasunori Fujii, quien exploró la posibilidad de la gravedad no newtoniana.
Después de 1986, la temporada de caza continuó.
Si la quinta interacción actúa a distancias de decenas y cientos de metros, será posible detectar desviaciones de los valores predichos por la gravedad newtoniana cuando los objetos caen a una gran altura desde la superficie de la Tierra. A fines de la década de 1980, un equipo del Laboratorio de la Fuerza Aérea de EE. UU. En Hensky en Bedford. Massachusetts, midió la aceleración gravitacional usando una torre de televisión de 600 metros en Carolina del Norte, e informó signos de una "sexta interacción" que, a diferencia de la repulsión de Fischbach, parecía mejorar la gravedad. Pero después de un análisis exhaustivo del trabajo, estas declaraciones fueron rechazadas.La investigación más exhaustiva se llevó a cabo en la Universidad de Washington en Seattle por un equipo de físicos que decidieron jugar con palabras y por el sonido del apellido húngaro Eőtvős, que tomó el nombre de Eot-Wash. El físico nuclear Eric Adelberger participó en su trabajo, para entonces "se había convertido en el mejor experimentador del mundo en el campo de las desviaciones de las predicciones de gravedad newtonianas", como dijo Fischbach. El equipo de Eot-Wash utilizó escalas de torsión de última generación y tomó muchas precauciones para eliminar posibles artefactos. No encontraron nada.Uno de los experimentos más memorables y prometedores comenzó inmediatamente después del anuncio en 1986, y fue realizado por Peter Tiberger del Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, pc. Nueva york En su experimento, una esfera de cobre hueca flotaba en un tanque de agua sobre un acantilado. En 1987, Tiberger informó que la esfera se movía constantemente hacia un acantilado, donde la atracción gravitacional de la piedra que la rodeaba era menor; este es exactamente el comportamiento que podría esperarse si hubiera una fuerza repulsiva que se opusiera a la gravedad. Y esta fue la única prueba de la existencia de la quinta interacción, publicada en una famosa revista científica. ¿Por qué este experimento condujo a tal resultado? Nadie lo sabe hasta ahora. "No está claro qué estaba exactamente mal con el experimento de Tiberger, y si algo estaba mal allí en absoluto", escribió Fischbach.Para 1988, Fischbach ya había contado 45 experimentos en busca de una quinta interacción. Pero después de cinco años, solo el experimento de Tiberger mostró algo similar a ella. Hablando en honor a la década de trabajo en 1986, Fischbach admitió que: “En la actualidad, no hay evidencia experimental convincente de ninguna desviación de las predicciones de gravedad newtonianas. La preponderancia de los datos experimentales existentes no corresponde a la presencia de nuevas interacciones que actúen a distancias medias o largas ".Parecía, como Fischbach formulaba tristemente, que se había convertido en el descubridor de algo inexistente. El físico general fue captado por el físico Lawrence Kraus, que trabajaba en la Universidad de Yale, quien, en respuesta a su trabajo de 1986, presentó formalmente un juego de dibujo a las Physical Review Letters, en el que supuestamente volvió a analizar los experimentos de Galileo con la aceleración de las bolas rodando por la colina descrita en el libro. 1638, "Evidencia matemática relacionada con dos nuevas ramas de la ciencia relacionadas con la mecánica y el movimiento local", y supuestamente descubrió evidencia de una "tercera interacción" (además de la gravedad y el electromagnetismo). La revista rechazó el trabajo, formulando un rechazo en el espíritu del trabajo en sí mismo: sobre la base de que seis revisiones de este trabajo fueron claramente escritas por el propio autor.Después de varias décadas de no detección universal de la quinta interacción, se puede decidir que el juego ha terminado. Pero los físicos están buscando formas de expandir los fundamentos de su ciencia y, por lo tanto, el deseo de creer en la existencia de la quinta interacción parece cada vez más atractivo, y cada vez hay más razones para ello. "Ahora puede encontrar miles de obras que describen nuevas interacciones fundamentales que podrían ser la fuente de la quinta", dice Fischbach. "Motivación teórica más que suficiente".Por ejemplo, las teorías posteriores, que intentan expandir la física más allá del "modelo estándar" que describe todas las partículas conocidas y sus interacciones, ofrecen varias posibilidades para nuevas interacciones, tratando de revelar la siguiente capa de realidad. Algunos de ellos predicen la existencia de partículas capaces de actuar como portadores de interacciones previamente desconocidas, al igual que las interacciones electromagnéticas, fuertes y débiles están asociadas con partículas portadoras como un fotón.Un grupo de modelos que predicen una desviación de la gravedad newtoniana se llama dinámica newtoniana modificada (MOND). Están tratando de explicar algunas características del movimiento de las estrellas en las galaxias, que generalmente se explican con la ayuda de una hipotética "materia oscura" que interactúa con lo ordinario solo (o casi solo) a través de la gravedad. Todavía no hay evidencia para los modelos MOND, pero algunos físicos los encuentran cada vez más atractivos, ya que las búsquedas activas de partículas de materia oscura no conducen a nada.Además, según Feng, la quinta interacción puede ayudarnos a resolver la materia oscura. Hasta donde sabemos, interactúa con la materia ordinaria solo a través de la gravedad. Pero si de repente siente la quinta interacción, "puede proporcionarnos una especie de 'portal' a través del cual finalmente podemos interactuar con la materia oscura, no solo con la ayuda de la gravedad, y comprender qué es".Además, algunas teorías que usan más de tres medidas que nos son familiares, por ejemplo, las versiones más populares de la teoría de cuerdas por los físicos, predicen que a distancias de hasta un milímetro pueden existir fuerzas similares a la gravedad, pero que exceden significativamente su vigencia.Es precisamente esta escala la que los científicos ahora están explorando. Y esto significa medir fuerzas con extrema precisión, actuando entre pequeñas masas separadas por distancias muy pequeñas. Hace tres años, Fischbach y sus colegas tomaron medidas que involucran partículas ubicadas a distancias de 40 a 8,000 ppm. El problema con tales mediciones es que entre tales objetos cercanos surge una fuerza atractiva debido al efecto Casimir . Su naturaleza es la misma que la de las fuerzas de van der Waals.trabajando a distancias aún más cortas y conectando moléculas entre sí. Surgen debido al movimiento sincrónico de las nubes de electrones en los objetos, lo que conduce a la atracción electrostática debido a la presencia de una carga en los electrones. El efecto Casimir es en lo que se convierten las fuerzas de Van der Waals cuando los objetos están lo suficientemente separados, en más de unos pocos nanómetros, de modo que el retraso de tiempo en las fluctuaciones de electrones juega un papel.Fischbach y sus colegas encontraron una manera de suprimir el efecto Casimir reduciéndolo un millón de veces, cubriendo las masas de prueba con una capa de oro. Ataron a la placa una bola de zafiro chapada en oro con un radio de 1 / 150,000 mm, cuyos movimientos pueden controlarse electrónicamente. Luego organizaron la rotación del disco microscópico con áreas cubiertas de oro y silicio, justo debajo de la pelota. Si hay una diferencia en la interacción entre el oro y el silicio, esto debería conducir a la vibración de la pelota. No se encontró tal efecto, lo que implica que es posible imponer restricciones aún más fuertes sobre la posible fuerza de la quinta interacción dependiente del material a escalas microscópicas.En tales experimentos, puede usar escalas de torsión. Investigadores del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio han utilizado este dispositivo para buscar desviaciones del efecto Casimir estándar debido a la quinta interacción. Hasta ahora, han encontrado restricciones más estrictas sobre la fuerza de esta interacción.Además de la detección directa de la quinta interacción, todavía es posible encontrarla de la manera que Fischbach originalmente quería hacer: a través de colisiones de partículas fundamentales de alta energía. En 2015, un equipo del Instituto de Investigación Nuclear en Debrecen, Hungría, dirigido por Attila Krasznahorkay, informó resultados inesperados de un experimento. La forma inestable de átomos de berilio obtenida por el bombardeo de protones de una lámina de litio se desintegra y emite pares de electrones y sus antipartículas, positrones. El número de pares de electrones-positrones liberados por la muestra en un ángulo de 140 grados excedió otros indicadores, que las teorías estándar de física nuclear no pueden explicar.Estos resultados, de hecho, fueron ignorados hasta que Feng y sus colegas sugirieron el año pasado que podrían explicarse por la aparición en el experimento de una nueva partícula de interacción que se descompone rápidamente en un electrón y un positrón. En otras palabras, esta partícula puede ser portadora de la quinta interacción a corta distancia, en varias billonésimas de milímetro.Otros investigadores aún no han reproducido esta experiencia, pero los hallazgos de los científicos húngaros parecen confiables. Las posibilidades de que se trate de una fluctuación estadística aleatoria son pequeñas: 1 de cada 100 mil millones. "Además, los datos son perfectamente consistentes con la hipótesis que tiene en cuenta la nueva partícula", dice. "Si existe, así es como se puede encontrar". Schleminger está de acuerdo en que interpretar las observaciones húngaras de Feng fue "una de las cosas más fascinantes que sucedió en 2016"."Todavía tenemos que confirmar la existencia de una nueva partícula", admite Feng, "pero tal confirmación sería revolucionaria, sería el mayor descubrimiento en física de partículas en los últimos 40 años". Su trabajo teórico predice que su supuesta partícula es solo 33 veces más pesada que un electrón. En este caso, sería bastante simple obtenerlo en colisiones de partículas, pero es difícil de ver. "Interactúa muy débilmente y demostramos que no se habría detectado en todos los experimentos anteriores", dice Feng. Quizás pueda buscarlo en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN.Entonces, la hipótesis de la existencia de la quinta interacción no se agota en absoluto. Podemos decir que todas las observaciones en física o cosmología fundamentales que no pueden explicarse a través de las teorías existentes, a través del Modelo Estándar o GR, deberían hacer que los físicos razonen sobre nuevas interacciones o nuevos tipos de materia, como la materia oscura y la energía oscura. Así es como siempre ha funcionado la física: cuando todo lo demás no encaja, colocas una nueva figura en el tablero y observas cómo se mueve. Por supuesto, aún no hemos visto evidencia convincente de la existencia de la quinta interacción, pero nadie ha observado evidencia directa de materia oscura, supersimetría o mediciones adicionales, pero fueron buscadas. Ya hemos excluido muchos territorios donde podría haber ocurrido la quinta interacción,pero una vasta área permaneció sin explorar.
Limitaciones en la posible fuerza de la quinta interacción α en escalas grandes (izquierda) y pequeñas (derecha). Las áreas amarillas indican zonas excluidas, y las etiquetas de borde se refieren a experimentos individuales. Las líneas discontinuas en escalas pequeñas muestran las posibles magnitudes de la quinta interacción predicha por varias teorías.En cualquier caso, la búsqueda continúa. En abril de 2016, la Agencia Espacial Europea lanzó el microscopio satelital francés, que debería probar el principio débil de equivalencia en el espacio con una precisión sin precedentes. Utiliza dos pares de cilindros insertados entre sí en caída libre: un par está hecho de la misma aleación de platino y rodio, el otro par tiene un cilindro exterior hecho de una aleación más ligera de titanio-vanadio-aluminio. Si los cilindros caen a una velocidad que depende del material, y las desviaciones del SES alcanzan 1 fracción por mil billones (que es 100 veces menos de lo que se puede medir en la Tierra), entonces se pueden determinar utilizando sensores electrónicos."Los modelos de la teoría de cuerdas predicen violaciones de SPE en una escala de menos de uno de cada 10 billones", dijo Joel Berge, científico del Centro de Investigación Aeroespacial Francés de ONERA, responsable del proyecto Microscope. Él dice que el trabajo científico de la misión comenzó en noviembre pasado, y los primeros resultados aparecerán este verano.A pesar de todos estos experimentos de alta tecnología, Fischbach continúa volviendo precisamente a los experimentos con los pesos de torsión de Eötvös. Luego, los húngaros no tenían ninguna motivación teórica para esperar la aparición de una quinta interacción, dependiendo del material, nada que pudiera inclinarlos inconscientemente para distorsionar los resultados de su trabajo extremadamente preciso. Y, sin embargo, encontraron algo como esto: no una dispersión aleatoria de resultados, sino una desviación sistemática. "Sigo pensando, tal vez me estoy perdiendo algo de lo que hicieron allí", dice Fischbach. "Hasta ahora, esto sigue siendo un misterio".