Afwijking in Calcium-isotoopmetingen Wijst op Mogelijke Vijfde Natuurkracht

Een recente internationale meting aan stabiele calciumisotopen heeft een subtiele afwijking van de voorspellingen van het Standaardmodel van de natuurkunde aan het licht gebracht, wat een mogelijke aanwijzing vormt voor een nog onontdekte vijfde fundamentele wisselwerking. Fysici zoeken al geruime tijd naar aanwijzingen voor krachten buiten de vier bekende interacties, mede vanwege het onvermogen van het Standaardmodel om het bestaan van donkere materie te verklaren.

De kern van het onderzoek, gepubliceerd in 2025 in Physical Review Letters, betrof de atomaire overgangen van vijf enkelvoudig geladen calciumisotopen: Ca-40, Ca-42, Ca-44, Ca-46 en Ca-48. Deze isotopen verschillen in hun neutronenaantal, variërend van 20 tot 28. De overgangsfrequenties, die optreden wanneer elektronen na energieabsorptie terugvallen, zijn direct afhankelijk van de atoomkernstructuur. Wanneer de verschuivingen in deze frequenties worden uitgezet op een zogenaamde 'King plot', zou het Standaardmodel een lineair verband voorspellen.

Onderzoekers uit onder andere Duitsland, Zwitserland en Australië observeerden echter een meetbare, niet-lineaire afwijking van deze verwachte rechte lijn. Deze discrepantie werd vastgesteld met een precisie van 100 millihertz, een honderd keer nauwkeurigere meting dan voorheen mogelijk was. Hoewel alternatieve, nog niet volledig meegenomen effecten in de huidige berekeningen de afwijking zouden kunnen verklaren, interpreteren de wetenschappers dit als een eerste indicatie van een zwakke, additionele kracht die tussen elektronen en neutronen werkt.

De methode omvatte het gelijktijdig vangen van twee isotopen in een ionenval om hun frequentieverschillen te meten. Indien deze hypothetische kracht wordt bevestigd, zou deze gemedieerd worden door een boson, theoretisch vaak een Yukawa-deeltje genoemd. De studie uit 2025 heeft de meest strikte beperkingen tot op heden vastgesteld voor de mogelijke massa van dit deeltje, met schattingen die variëren tussen ongeveer 10 en 10 miljoen elektronvolt (eV/c²). Dit plaatst het hypothetische deeltje in een massa-bereik dat voorheen moeilijk te onderzoeken was, maar nu toegankelijk is via deze ultra-nauwkeurige atomaire technieken.

Het internationale team is momenteel bezig met het verfijnen van de zoektocht in het vroege deel van 2026 om de bevindingen te bevestigen of te weerleggen. De volgende cruciale stap is het construeren van een driedimensionale weergave van de King plot door een derde energietransitie op de calciumisotopen te analyseren. Een afwijking van de lineariteit in dit uitgebreidere model zou de argumenten voor een nieuwe natuurkracht aanzienlijk versterken, en daarmee de zoektocht naar een kracht die mogelijk ook de aard van donkere materie kan verhelderen, een nieuwe impuls geven.