Según la ciencia contemporánea, en el universo existen solo cuatro fuerzas fundamentales. Estas cuatro fuerzas son la causa por la que existen los átomos, los planetas, las estrellas, las galaxias y, obviamente, la vida. Sin embargo, en octubre de este año un equipo de científicos húngaros publicó un artículo en el que afirman haber encontrado evidencia de una quinta fuerza fundamental. Pero ¿qué es una fuerza fundamental? ¿Por qué son tan importantes y qué pasaría si se confirma el descubrimiento del equipo húngaro? A continuación, te lo contamos.
Resumen
- Existen cuatro interacciones fundamentales: la interacción débil, la fuerte, la gravedad y el electromagnetismo.
- Cada una de estas interacciones fundamentales es llevada a cabo por partículas llamadas bosones: los bosones W y Z para la interacción débil, el gluon para la interacción fuerte, el fotón para el electromagnetismo y el gravitón para la gravedad.
- Recientemente, un equipo de científicos húngaros encontró posible evidencia de una partícula fundamental nueva: un nuevo bosón, lo que significaría que hay una quinta fuerza.
- Aún es necesario que esta evidencia sea corroborada por un equipo independiente de científicos. Se espera que el 2023 esto sea probado en el Gran Colisionador de Hadrones.
Las fuerzas fundamentales
Como te lo contamos en un anterior informe, en física el concepto de fuerza se entiende como interacciones entre partículas. Estas interacciones son producidas por partículas llamadas bosones, vinculadas a los cuatro tipos de fuerzas fundamentales encontradas por los científicos: la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y la gravedad.
La fuerza electromagnética (el magnetismo y la electricidad) es causada por la interacción de los fotones con otras partículas. La fuerza nuclear débil, aquella que causa que ciertos elementos sean radioactivos, se da por los bosones Z y W. La fuerza nuclear fuerte, aquella que mantiene unido los núcleos de los átomos, se da por los gluones. Y, por último, se teoriza que la gravedad se da por los gravitones (sin embargo, no tenemos evidencia de su existencia).
Estas cinco partículas o bosones (fotones, bosones Z y W, gluones y gravitones) son los causantes de las cuatro fuerzas fundamentales que conocemos. Sin embargo, un equipo de investigadores húngaro parece haber encontrado una nueva partícula; un nuevo bosón que podría dar lugar a una quinta fuerza fundamental.
¿Qué descubrió el equipo de científicos húngaro?
Javier Santaolalla, doctor en Física por su estudio de bosones W en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), nos cuenta lo que descubrieron en su canal Date un Vlog. En el 2015, un equipo húngaro del Instituto para la Investigación Nuclear de la Academia Húngara de Ciencias publicó un artículo científico en el que se detalla que, por medio de experimentos, se encontró un fenómeno que no podía ser explicado por la física conocida. Por lo cual, parecía haber evidencia de la existencia de un nuevo bosón causante de una interacción nueva nunca antes vista. Sin embargo, como explica Santaolalla, este resultado pasó desapercibido dentro de la comunidad científica.
Posteriormente, en el 2016, un grupo de científicos californianos hizo un análisis detallado de la hipótesis del equipo húngaro y llegó a tres conclusiones, según afirma Santaolalla. Primero, que el equipo de Hungría había encontrado algo que nunca antes se había observado. Segundo, que el modelo estándar de la física de partículas no podía explicar este fenómeno. Y, tercero, que la hipótesis de un nuevo bosón nunca antes visto era posible. Es decir, que existía la posibilidad de que no hayamos visto este fenómeno a pesar de todos los experimentos realizados hasta entonces.
Esta vez, esta publicación sí causó impacto en la comunidad científica. Y, posteriormente, el mismo equipo húngaro logró replicar el fenómeno pero con un átomo distinto. ¿Por qué es importante este descubrimiento? Porque, como explica Santaolalla, esto nos podría ayudar a explicar la materia oscura.
¿Qué es la materia oscura?
Como afirma Brian Koberlein, astrofísico y redactor de ciencia del Observatorio Nacional de Radioastronomía de los Estados Unidos, la materia oscura fue propuesta por primera vez para explicar por qué ciertas estrellas y gas en los extremos de una galaxia se movían más rápido de lo que se predecía. La idea, explica Koberlein, era que podían estar sucediendo dos cosas: o nuestra teoría de la gravedad estaba equivocada o existía alguna clase de materia invisible en las galaxias.
Suena extraño proponer que haya alguna clase de materia invisible flotando por ahí. Sin embargo, Koberlein afirma que en los últimos 50 años la evidencia a favor de la existencia de la materia oscura se ha vuelto muy fuerte. Como explica, hemos logrado observar a través del movimiento de las galaxias y estrellas cómo la materia oscura estaría juntando a las galaxias, cómo estaría distribuida dentro de ciertas galaxias y cómo se comportaría. Además, sabemos que no interactúa mucho con la materia regular o consigo misma y, por último, que compone la mayoría de masa de casi todas las galaxias.
Sin embargo, no hay partículas en el modelo estándar que puedan explicar la materia oscura. Por otro lado, está la energía oscura. Koberlein nos cuenta que detalladas observaciones de galaxias lejanas muestran que el universo se está expandiendo a un ritmo cada vez más grande. Parece haber algún tipo de energía promoviendo este proceso, pero aún no entendemos cómo. Podría ser, explica él, que este proceso esté siendo llevado a cabo por un tipo de fuerza aún no descubierta. Como se puede apreciar en el gráfico de abajo del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, la mayor parte de nuestro universo parece estar compuesto de energía y materia oscura.
Todo esto apunta a que nuestro modelo actual está incompleto en el mejor de los casos. Hay cosas que aún no sabemos sobre cómo funciona el universo y una quinta fuerza, explica Koberlein, podría ser plausible y podría ayudarnos a explicar justamente estos procesos aún incomprendidos.
¿Nos encontramos ante un nuevo descubrimiento?
Si bien es posible que nos encontremos ante un nuevo descubrimiento, algunos científicos, como Javier Santaolalla o Ethan Siegel (doctor en astrofísica por la Universidad de Florida), afirman que aún es necesario realizar más pruebas. Siegel, por ejemplo, nos da una serie de razones por las cuales todavía deberíamos ser escépticos de este hallazgo.
Como él explica, de vez en cuando algún experimento lleva a un resultado que es inconsistente con las teorías actuales que explican el universo. A veces, nos dice, esto no es más que un error a la hora de ejecutar el experimento. Otras veces, es un error de análisis a la hora de interpretar los resultados. Como él afirma, muy abajo en la lista de cosas que pueden explicar por qué el experimento contradice nuestras teorías está el hecho de que hayamos encontrado algo nuevo en el universo.
Siegel sostiene que es probable que la asunción de que nos encontremos ante una nueva fuerza esté equivocada. Primero, porque un experimento no es suficiente para decir que se ha encontrado algo nuevo. Si bien han sido dos experimentos, estos han sido realizados por el mismo grupo de personas y con los mismos equipos y técnicas. Además, Siegel afirma que esta es al menos la cuarta vez que una nueva partícula ha sido anunciada por este equipo, cuando todas las anteriores han sido desacreditadas por investigaciones posteriores.
Por otro lado, Siegel explica que en física es necesario confirmaciones independientes (otros investigadores, con distintas técnicas y con distintos equipos). Esto dista de haberse dado aún en el caso de esta anomalía. ¿Significa que no se ha descubierto nada entonces? No. En realidad, no podemos saber si nos encontramos ante un descubrimiento o no. Lo que queda es seguir investigando. De hecho, Jesse Thaler, físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts o MIT por sus siglas en inglés, afirmó que para el 2023 el Gran Colisionador de Hadrones podrá confirmar definitivamente si se ha encontrado una nueva fuerza o no.
