Science

Dank neuartiger Methode: Bislang unbekannte Kraft der Physik scheint zum Greifen nah

Zu den vier Kräften der Physik könnte sich bald eine weitere, bislang rein hypothetische gesellen.
Zu den vier Kräften der Physik könnte sich bald eine weitere, bislang rein hypothetische gesellen.
Foto: Getty Images/gremlin
Artikel von: Philipp Rall
Vier Kräfte der Physik sind der Wissenschaft bislang bekannt. Mit Hilfe eine Neutronenstrahls wollen Forscher:innen nun noch eine fünfte finden.

Die fundamentalen Kräfte der Physik, also die starke und schwache Wechselwirkung, die elektromagnetische Wechselwirkung und die Gravitation ermöglichen es, alle beobachtbaren Prozesse auf der Erde und im Weltall beschreiben. Schwierig wird es aber, wenn wir es mit postulierten Formen von Materie, etwa mit Dunkler Materie, zu tun bekommen. Die Idee: Es gibt möglicherweise eine bislang unbekannte fünfte Kraft.

Isaac Newton war ein großer Forscher – doch er hatte einen Fehler
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Kräfte der Physik: Die hypothetische 5. Kraft

Dunkle Materie wechseltwirkt mit Materie – aber offenbar nicht über die bekannten Kräfte der Physik. Stattdessen vermuten Wissenschaftler:innen eine fünfte, bislang rein hypothetische Wechselwirkung, die sie lediglich als fünfte Kraft bezeichnen. Sie verhält sich ähnlich der Gravitation proportional zur Masse eines Objekts. Im Gegensatz zur Gravitation fällt die fünfte Kraft bei wachsendem Abstand aber schneller ab. Endgültig konnten Forscher:innen ihre Existenz bislang nicht klären. Das könnte sich aber schon bald ändern.

Neue Methode ist fünfter Kraft auf der Spur

Mittels Neutronenstrahlen hat ein internationales Team von Physiker:innen die Kristallstruktur von Silizium mit der bisher höchsten Präzision untersucht. Dabei erzielte der Zusammenschluss unter der Leitung von Benjamin Heacock vom National Institute of Standards and Technology detailliertere Ergebnisse als mit Röntgentechniken. Ihre Studie veröffentlichten die Forscher:innen im Fachjournal Science.

Allerdings gelang es den Wissenschaftler:innen nicht nur, mittels der sogenannten Pendellösung-Interferometrie, bisher unbekannte Eigenschaften von Silizium aufzudecken. Vielmehr noch erlangten sie genauere Informationen über die Eigenschaften des Neutrons sowie wichtige Hinweise auf die fünfte Kraft der Physik.

Hoffnung für "einige der schwierigsten Fragen der Grundlagenphysik"

Im Gegensatz zu früheren Pendellösungsmessungen liefere die neuartige Methoden die Eigenschaften und Kräfte innerhalb des Kristalls sehr genau – "einschließlich des Neutronenladungsradius und der Kurzstreckenkräfte". Bei letzteren könnte es sich um ebenjene hypotetische fünfte Kraft handeln, die Wissenschaftler:innen schon seit Jahrzehnten vermuten.

"Das Großartige an dieser Arbeit ist nicht nur die Präzision – wir können uns auf spezifische Beobachtungen im Kristall konzentrieren – sondern auch, dass wir dies mit einem Tisch-Experiment und nicht mit einem großen Collider tun können", sagt Young. "Mit diesen kleinen, präzisen Messungen könnten wir Fortschritte bei einigen der schwierigsten Fragen der Grundlagenphysik erzielen." In Zukunft könnte die Vorrichtung die Suche nach neuen Kräften der Physik vereinfachen.

Quelle: Pendellösung interferometry probes the neutron charge radius, lattice dynamics, and fifth forces (Science), North Carolina State University

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