Cercetătorii utilizează „ioni capturați” în experimente de înaltă precizie pentru a investighează o posibilă a cincea forță a naturii, care ar putea contribui la elucidarea materiei întunecate enigmatice.
Materia întunecată, care este invizibilă și dificil de identificat, reprezintă unul dintre cele mai mari enigme ale universului. Existența sa este demonstrată doar prin efectele gravitaționale pe care le generează.
Modelul Standard al fizicii a fost mult timp principalul ghid, descriind cu acuratețe componentele fundamentale ale materiei și forțele care le reglementează. Totuși, nu oferă explicații complete.
Fizicienii consideră că o mare parte din masa universului provine dintr-o [formă necunoscută de materie](https://www.descopera.ro/stiinta/20849571-oamenii-de-stiinta-au-gasit-un-pod-de-materie-intunecata-intr-un-roi-galactic-imens). În scopul de a o clarifica, experții au propus teoretic existența unei noi forțe fundamentale, alături de cele patru cunoscute: gravitația, electromagnetismul, forța nucleară tare și forța nucleară slabă.
Se crede că o „a cincea forță” necunoscută ar putea influența interacțiunile dintre neutronii din nucleul atomic și electronii care orbitează în jurul acestuia. Dacă această forță ipotetică există, ar fi transmisă printr-o particulă încă nedeplasată.
De multă vreme, căutările pentru descoperirea de noi particule au avut loc în acceleratoare de particule masive, precum cele de la CERN. Totuși, echipa de la ETH Zurich adoptă o metodă diferită.
## Patru forțe fundamentale deja identificate
„Fizicienii atomici pot să măsoare atomul cu o exactitate extrem de mare. Din acest motiv, scopul este să investigăm această nouă forță între neutron și electron prin spectroscopie atomică de precizie,” a declarat profesoara Diana Prado Lopes Aude Craik de la ETH Zurich.
Dacă [această nouă forță există](https://www.descopera.ro/stiinta/20632875-pamantul-este-inconjurat-de-materie-intunecata-iata-ce-cred-cercetatorii), intensitatea sa ar fi influențată de numărul de neutroni din nucleul atomic. Pentru a o identifica, echipa a desfășurat experimente cu izotopi – atomi ai aceluiași element cu același număr de protoni, dar un număr variat de neutroni.
Existența acestei forțe noi ar implica faptul că electronii din diferite izotopi ar resimți forțe totale ușor diferite, ceea ce ar genera modificări minuscule ale nivelurilor de energie.
„Pentru a măsura aceste variații de energie, analizăm frecvența luminii emise atunci când izotopii trec între două niveluri energetice,” a explicat Aude Craik. Pentru aceste măsurători este necesar un instrument ingenios: o capcană de ioni. Câmpurile electromagnetice fixează un izotop încărcat electric, în timp ce un laser îl excita.
Echipa din Zürich a derulat experimente folosind cinci izotopi stabili, cu sarcină unică, ai calciului, fiecare având 20 de protoni, dar între 20 și 28 de neutroni. Cercetătorii au obținut o precizie de 100 de milihertzi – de 100 de ori mai mare decât în măsurările anterioare ale acestor variații de energie, conform [InterestingEngineering](https://interestingengineering.com/science/scientists-hunt-for-dark-matters-fifth-force).
## Un instrument ingenios
Echipa de la ETH Zurich a aplicat o capcană de ioni capabilă să păstreze și să măsoare simultan doi izotopi de calciu încărcați cu o singură sarcină.
Căutările nu s-au limitat aici. Experimente suplimentare din Germania au utilizat ioni de calciu cu sarcină mare, iar un alt grup a măsurat cu precizie raporturile de masă nucleară ale acestor izotopi. Rezultatele sugerează că efectele nucleare cunoscute nu pot explica complet abaterile.
