第五の力

第5の力を探す方法の一つは、アインシュタインの重力理論としても知られる一般相対性理論の最も強力な検証の一つである強等価原理の検証です。ブランズ・ディッケ理論のような代替重力理論は、第5の力、おそらく無限の範囲を持つ力を仮定しています。これは、一般相対性理論以外の理論では、重力相互作用には空間の曲率を決定する「計量」以外の自由度があり、異なる種類の自由度が異なる効果を生み出すためです。例えば、スカラー場は光線の曲がりを生み出すことはできません。

第5の力は、太陽系の軌道に及ぼす影響として現れ、これはノルトヴェット効果と呼ばれています。これは、月レーザー測距実験^{[ 11 ]}と超長基線干渉法によって検証されています。

宇宙に余剰次元が存在するカルツァ＝クライン理論、あるいは超重力理論や弦理論に現れるもう一つの第5の力は、軽いスカラー場（つまり、到達範囲を決定する長いコンプトン波長を持つスカラー場）によって伝達される湯川力である。これは、 1ミリメートルよりわずかに小さいサイズの超対称性大余剰次元の理論が、非常に小さなスケールでの重力を検証する実験的取り組みを促したため、近年大きな関心を集めている。これには、さまざまな距離にわたって重力の逆二乗法則からのずれを探す非常に感度の高い実験が必要である。^{[ 12 ]}基本的に、彼らは湯川相互作用がある長さで関与している兆候を探している。

オーストラリアの研究者たちは、鉱山坑道の奥深くで重力定数を測定しようと試み、予測値と測定値の間にずれがあることを発見し、測定値は2パーセント小さいことが判明した。彼らは、この結果は数センチメートルから1キロメートルまでの範囲の反発する第5の力によって説明できる可能性があると結論付けた。同様の実験は、潜水艦USSドルフィン（AGSS-555）の船上で、深海に潜航中に実施された。グリーンランド氷床の深いボーリング孔で重力定数を測定した別の実験では、数パーセントのずれが見つかったが、観測された信号の地質学的起源を排除することはできなかった。^{[ 13 ] [ 14 ]}

Jainら(2012) ^{[ 15 ] は}、25 個の銀河にある1000 個以上のケフェイド変光星 の脈動率に関する既存のデータを調査した。理論によれば、近隣の銀河団によって仮想的な第 5 の力から遮蔽された銀河のケフェイドの脈動率は、遮蔽されていないケフェイドとは異なるパターンに従うはずである。彼らは、アインシュタインの重力理論からのいかなる変化も見つけることができなかった。

いくつかの実験では、湖と塔が使用されました。高さ320 メートル。^{[ 16 ]}エフライム・フィッシュバックとキャリック・タルマッジによる包括的なレビューでは、第5の力の説得力のある証拠はないことが示唆されているが、^{[ 17 ]}科学者たちは依然としてそれを探している。フィッシュバックとタルマッジの論文は1992年に書かれたもので、それ以降、第5の力を示唆する可能性のある他の証拠が明らかになっている。^{[ 18 ]}

上記の実験は、重力のように物体の組成に依存しない第 5 の力を探索するものであり、すべての物体は質量に比例した力を受ける。物体の組成に依存する力は、ロランド・エトヴェシュが考案したタイプのねじり天秤実験によって非常に高感度にテストすることができる。このような力は、例えば、原子核内の陽子と中性子の比率、核スピン^{[ 19 ]} 、または原子核内のさまざまな種類の結合エネルギーの相対量(半経験的質量公式を参照) に依存する可能性がある。探索は、非常に短い距離から、都市規模、地球、太陽、銀河中心の暗黒物質の規模まで行われてきた。

2015年、ハンガリーのデブレツェンにあるハンガリー科学アカデミー原子核研究所（ATOMKI ）のアッティラ・クラスナホルカイ氏と彼の同僚は、電子のわずか34倍の重さ（17 MeV）の新しい軽いボソンの存在を提唱した。 ^{[ 20 ] [ 21 ]}暗黒光子を見つけるために、ハンガリーの研究チームはリチウム7の薄い標的に陽子を照射し、不安定なベリリウム8原子核を生成し、それが崩壊して電子と陽電子のペアを放出した。e +とe-^の間の開口角が140° 、合計エネルギーが17 MeVの過剰崩壊が観測され、ベリリウム8のごく一部^が新しい粒子の形で過剰エネルギーを放出することが示された。   

Feng et al . (2016) ^{[ 22 ]} は、陽子と中性子および電子との結合が抑制され、フェムトメートル範囲である質量 16.7 MeV の陽子嫌悪 (すなわち「陽子を無視する」) X ボソンの理論を提案し、このデータは説明できる可能性がある。この力はミューオンg − 2異常を説明し、暗黒物質の候補を提供する可能性がある。^{[ 22 ]} 2022 年に、同じハンガリーのチームによる C-12 Be-11 衝突に基づく別の実験測定により、現在 X-17 と呼ばれるこのボソンの追加証拠が提供された。^{[ 23 ]}関係するチームが素粒子物理学コミュニティとの交流がほとんどなく、再現できない報告の履歴があるため、科学コミュニティは実験結果に懐疑的な見方を示している。^{[ 24 ]}