O universo é governado por quatro forças fundamentais:gravidade, eletromagnetismo e as forças nucleares fortes e fracas. Essas forças impulsionam o movimento e o comportamento de tudo o que vemos ao nosso redor. Pelo menos, isso é o que pensamos. Mas nos últimos anos, tem havido evidências crescentes de uma quinta força fundamental. Uma nova pesquisa não descobriu esta quinta força, mas mostra que ainda não entendemos totalmente essas forças cósmicas.

As forças fundamentais fazem parte do modelo padrão da física de partículas. Este modelo descreve todas as partículas quânticas, incluindo elétrons, prótons, antimatéria e outros. Quarks, neutrinos e o bóson de Higgs fazem parte do modelo.

O termo "força" no modelo é um pouco incorreto. No modelo padrão, cada força é o resultado de um tipo de bóson portador. Os fótons são o bóson transportador do eletromagnetismo. Os glúons são os bósons portadores da interação forte, e os bósons conhecidos como W e Z são para a interação fraca. A gravidade não é tecnicamente parte do modelo padrão, mas presume-se que a gravidade quântica tenha um bóson conhecido como gráviton. Ainda não entendemos totalmente a gravidade quântica, mas uma ideia é que a gravidade pode ser unida ao modelo padrão para produzir uma grande teoria unificada (GUT).

Cada partícula que descobrimos faz parte do Modelo Padrão. O comportamento dessas partículas corresponde ao modelo com extrema precisão. Os cientistas procuraram por partículas além do modelo padrão, Mas por enquanto, eles nunca encontraram nenhum. O Modelo Padrão é um triunfo da compreensão científica. É o auge da física quântica.

Mas começamos a aprender que tem alguns problemas sérios.

Começar com, agora sabemos que o modelo padrão não pode se combinar com a gravidade da maneira que pensávamos. No modelo padrão, as forças fundamentais "se unem" em níveis de energia mais elevados. O eletromagnetismo e os fracos se combinam no eletrofraco, e o eletrofraco se une ao forte para se tornar a força eletronuclear. Em energias extremamente altas, as forças eletronucleares e gravitacionais devem se unificar. Experimentos em física de partículas mostraram que as energias de unificação não combinam.

Mais problemático é a questão da matéria escura. A matéria escura foi proposta pela primeira vez para explicar por que as estrelas e o gás na borda externa de uma galáxia se movem mais rápido do que o previsto pela gravidade. Ou nossa teoria da gravidade está de alguma forma errada, ou deve haver alguma massa invisível (escura) nas galáxias. Nos últimos 50 anos, a evidência da matéria escura tornou-se muito forte. Observamos como a matéria escura agrupa galáxias, como é distribuído dentro de galáxias particulares, e como ele se comporta. Sabemos que não interage fortemente com a matéria regular ou consigo mesmo, e constitui a maior parte da massa na maioria das galáxias.

Mas não há nenhuma partícula no Modelo Padrão que possa formar a matéria escura. É possível que a matéria escura seja feita de algo como pequenos buracos negros, mas os dados astronômicos realmente não apóiam essa ideia. A matéria escura é provavelmente feita de alguma partícula ainda não descoberta, um que o Modelo Padrão não prevê.

Então, há energia escura. Observações detalhadas de galáxias distantes mostram que o universo está se expandindo a uma taxa cada vez maior. Parece haver algum tipo de energia conduzindo este processo, e não entendemos como. Pode ser que essa aceleração seja o resultado da estrutura do espaço e do tempo, uma espécie de constante cosmológica que faz com que o universo se expanda. Pode ser que isso seja impulsionado por alguma nova força ainda a ser descoberta. Seja qual for a energia escura, representa mais de dois terços do universo.

Tudo isso aponta para o fato de que o Modelo Padrão é, no melhor, incompleto. Existem coisas que estamos perdendo fundamentalmente na maneira como o universo funciona. Muitas ideias foram propostas para corrigir o modelo padrão, da supersimetria aos quarks ainda não descobertos, mas uma ideia é que existe uma quinta força fundamental. Essa força teria seu (s) próprio (s) bóson (s) portador (es), bem como novas partículas além das que descobrimos.

Essa quinta força também interagiria com as partículas que observamos de maneiras sutis que contradizem o modelo padrão. Isso nos leva a um novo artigo que afirma ter evidências de tal interação.

O artigo analisa uma anomalia na decomposição dos núcleos de hélio-4, e se baseia em um estudo anterior dos decaimentos do berílio-8. O berílio-8 tem um núcleo instável que se decompõe em dois núcleos de hélio-4. Em 2016, a equipe descobriu que a decomposição do berílio-8 parece violar ligeiramente o modelo padrão. Quando os núcleos estão em um estado excitado, ele pode emitir um par elétron-pósitron à medida que decai. O número de pares observados em ângulos maiores é maior do que o modelo padrão prevê, e é conhecido como anomalia Atomki.

Existem muitas explicações possíveis para a anomalia, incluindo erro de experimento, mas uma explicação é que é causado pelo bóson da equipe chamada X17. Seria o bóson portador para uma (ainda desconhecida) quinta força fundamental, com massa de 17 MeV. No novo jornal, a equipe encontrou uma discrepância semelhante na decomposição do hélio-4. A partícula X17 também poderia explicar essa anomalia.

Embora pareça emocionante, há razão para ser cauteloso. Quando você olha para os detalhes do novo jornal, há alguns ajustes estranhos de dados. Basicamente, a equipe assume que o X17 é preciso e mostra que os dados podem ser ajustados para se adequar ao seu modelo. Mostrar que um modelo pode explicar as anomalias não é o mesmo que provar que seu modelo explica as anomalias. Outras explicações são possíveis. Se o X17 existir, deveríamos ter visto isso também em outros experimentos com partículas, e nós não. A evidência para esta "quinta força" ainda é fraca.

A quinta força poderia existir, mas ainda não o encontramos. O que sabemos é que o modelo padrão não soma totalmente, e isso significa que algumas descobertas muito interessantes estão esperando para ser encontradas.