Fizikçiler Kalsiyum İzotop Geçişlerinde Potansiyel Beşinci Kuvvet İpucunu Analiz Ediyor

Doğanın dört temel etkileşiminden biri olan kütle çekimi, Dünya'daki varlığımızı sürdüren temel kuvvettir. Fizik topluluğu, Standart Model'in, özellikle de karanlık maddeyi açıklayamaması nedeniyle yetersiz olduğuna dair güçlü bir kanıya sahiptir. Bu açığı giderme yollarından biri, yeni bir, yani beşinci bir kuvvetin varlığını araştırmaktır. Bu bağlamda, 2025 yılında yayımlanan uluslararası bir çalışma, kalsiyum izotoplarının atomik geçişlerinde potansiyel ipuçları sundu.

Söz konusu araştırma, kalsiyum izotoplarının enerji geçişlerine odaklandı. Bu süreçte elektronlar enerji emilimi sonrası daha yüksek yörünge seviyelerine çıkar ve ardından başlangıç durumlarına geri dönerken enerji yayar. Bu geçişlerin doğası, atom çekirdeğinin yapısına ve özellikle nötron sayısına sıkı sıkıya bağlıdır. Standart Model'e göre, kalsiyum izotopları (Ca-40, Ca-42, Ca-44, Ca-46 ve Ca-48) arasındaki geçiş kayması, "King grafiği" adı verilen bir diyagram üzerinde çizildiğinde doğrusal bir ilişki izlemelidir. Kalsiyum, periyodik tablonun 4. periyodunda ve 2. grubunda yer alan bir toprak alkali metalidir.

Araştırmacılar, nötron sayısı 20'den 28'e kadar değişen beş farklı kalsiyum izotopunda bu atomik geçişleri titizlikle ölçtüler. Bu ölçümlerde, Standart Model'in öngördüğü doğrusal ilişkiden hafif bir doğrusal olmayan sapma tespit edildi. Bu sapma, mevcut hesaplamalarda henüz tam olarak hesaba katılmamış bilinen etkilerden kaynaklanma ihtimali taşısa da, fizikçiler bunu, elektronlar ve nötronlar arasında etkileşime giren zayıf ek bir kuvvetin varlığını destekleyen ilk gösterge olarak değerlendirmektedir. Bu varsayımsal kuvvetin, Yukawa parçacığı olarak adlandırılan bir bozon aracılığıyla iletildiği düşünülmektedir.

2025'te yayımlanan bu çalışmanın sonuçları, aracı parçacığın olası kütlesi ve yoğunluğu üzerinde şimdiye kadarki en sıkı kısıtlamayı getirdi; kütle tahminleri yaklaşık 10 ila 10 milyon elektronvolt (eV/c²) aralığındadır. Bu bulguların ışığında, Almanya, İsviçre ve Avustralya'dan araştırmacıların yer aldığı uluslararası ekip, 2026'nın başlarında bu yeni fiziğin işaretlerini doğrulamak veya çürütmek amacıyla aramalarını daha da hassaslaştırmaktadır. Mevcut çabalar, King grafiğinin üç boyutlu bir versiyonunu oluşturmak amacıyla kalsiyum izotopları üzerinde üçüncü bir enerji geçişini ölçmeye odaklanmıştır. Bu tür temel kuvvet araştırmaları, evrenin yaklaşık %95'ini oluşturan karanlık madde ve karanlık enerjiyi açıklamakta yetersiz kalan Standart Model'in ötesine geçmek için kritik öneme sahiptir.