El universo está gobernado por cuatro fuerzas fundamentales:la gravedad, electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles. Estas fuerzas impulsan el movimiento y el comportamiento de todo lo que vemos a nuestro alrededor. Por lo menos, eso es lo que pensamos. Pero durante los últimos años, ha habido una creciente evidencia de una quinta fuerza fundamental. Una nueva investigación no ha descubierto esta quinta fuerza, pero muestra que todavía no comprendemos completamente estas fuerzas cósmicas.

Las fuerzas fundamentales son parte del modelo estándar de física de partículas. Este modelo describe todas las partículas cuánticas, incluyendo electrones, protones, antimateria y otros. Quarks, los neutrinos y el bosón de Higgs son parte del modelo.

El término "fuerza" en el modelo es un nombre poco apropiado. En el modelo estándar, cada fuerza es el resultado de un tipo de bosón portador. Los fotones son el bosón portador del electromagnetismo. Los gluones son los bosones portadores de la interacción fuerte, y los bosones conocidos como W y Z son para la interacción débil. La gravedad no es técnicamente parte del modelo estándar, pero se supone que la gravedad cuántica tiene un bosón conocido como gravitón. Todavía no entendemos completamente la gravedad cuántica, pero una idea es que la gravedad se puede unir con el modelo estándar para producir una gran teoría unificada (GUT).

Cada partícula que hemos descubierto es parte del modelo estándar. El comportamiento de estas partículas coincide con el modelo de forma extremadamente precisa. Los científicos han buscado partículas más allá del modelo estándar, pero hasta ahora, nunca han encontrado ninguno. El modelo estándar es un triunfo de la comprensión científica. Es el pináculo de la física cuántica.

Pero hemos comenzado a aprender que tiene serios problemas.

Para empezar, ahora sabemos que el Modelo Estándar no puede combinarse con la gravedad de la forma que pensamos. En el modelo estándar, las fuerzas fundamentales "unifican" a niveles de energía superiores. El electromagnetismo y lo débil se combinan en lo electrodébil, y el electrodébil se unifica con el fuerte para convertirse en la fuerza electronuclear. A energías extremadamente altas, las fuerzas electronucleares y gravitacionales deberían unificarse. Los experimentos en física de partículas han demostrado que las energías de unificación no coinciden.

Más problemático es el tema de la materia oscura. La materia oscura se propuso por primera vez para explicar por qué las estrellas y el gas en el borde exterior de una galaxia se mueven más rápido de lo que predice la gravedad. O nuestra teoría de la gravedad está equivocada de alguna manera, o debe haber alguna masa invisible (oscura) en las galaxias. Durante los últimos 50 años, la evidencia de la materia oscura se ha vuelto realmente fuerte. Hemos observado cómo la materia oscura agrupa las galaxias, cómo se distribuye dentro de galaxias particulares, y cómo se comporta. Sabemos que no interactúa fuertemente con la materia regular ni con ella misma, y constituye la mayor parte de la masa en la mayoría de las galaxias.

Pero no hay ninguna partícula en el Modelo Estándar que pueda formar materia oscura. Es posible que la materia oscura esté hecha de algo como pequeños agujeros negros, pero los datos astronómicos realmente no apoyan esa idea. Lo más probable es que la materia oscura esté hecha de alguna partícula aún no descubierta, uno que el Modelo Estándar no predice.

Luego está la energía oscura. Observaciones detalladas de galaxias distantes muestran que el universo se expande a un ritmo cada vez mayor. Parece haber algún tipo de energía impulsando este proceso, y no entendemos cómo. Podría ser que esta aceleración sea el resultado de la estructura del espacio y el tiempo, una especie de constante cosmológica que hace que el universo se expanda. Podría ser que esto sea impulsado por alguna nueva fuerza aún por descubrir. Cualquiera que sea la energía oscura, constituye más de dos tercios del universo.

Todo esto apunta al hecho de que el Modelo Estándar es, a lo mejor, incompleto. Hay cosas que fundamentalmente nos faltan en la forma en que funciona el universo. Se han propuesto muchas ideas para arreglar el Modelo Estándar, de la supersimetría a los quarks aún por descubrir, pero una idea es que hay una quinta fuerza fundamental. Esta fuerza tendría sus propios bosones portadores, así como nuevas partículas más allá de las que hemos descubierto.

Esta quinta fuerza también interactuaría con las partículas que hemos observado de formas sutiles que contradicen el Modelo Estándar. Esto nos lleva a un nuevo artículo que afirma tener evidencia de tal interacción.

El artículo analiza una anomalía en la desintegración de los núcleos de helio-4, y se basa en un estudio anterior de las desintegraciones del berilio-8. El berilio-8 tiene un núcleo inestable que se descompone en dos núcleos de helio-4. En 2016, el equipo encontró que la desintegración del berilio-8 parece violar levemente el Modelo Estándar. Cuando los núcleos están en un estado excitado, puede emitir un par electrón-positrón a medida que decae. El número de pares observados en ángulos más grandes es mayor de lo que predice el Modelo Estándar, y se conoce como la anomalía de Atomki.

Hay muchas explicaciones posibles para la anomalía, incluido el error del experimento, pero una explicación es que es causada por el bosón que el equipo llamó X17. Sería el bosón portador de una quinta fuerza fundamental (aún desconocida), con una masa de 17 MeV. En el nuevo periódico, el equipo encontró una discrepancia similar en la desintegración del helio-4. La partícula X17 también podría explicar esta anomalía.

Si bien esto suena emocionante, hay motivos para ser cautelosos. Cuando miras los detalles del nuevo documento, hay algunos ajustes de datos extraños. Básicamente, el equipo asume que X17 es preciso y muestra que los datos pueden adaptarse a su modelo. Mostrar que un modelo puede explicar las anomalías no es lo mismo que demostrar que su modelo explica las anomalías. Son posibles otras explicaciones. Si X17 existe, también deberíamos haberlo visto en otros experimentos con partículas, y no lo hemos hecho. La evidencia de esta "quinta fuerza" aún es débil.

La quinta fuerza podría existir pero aún no lo hemos encontrado. Lo que sí sabemos es que el modelo estándar no cuadra del todo, y eso significa que están esperando ser encontrados algunos descubrimientos muy interesantes.