Sparare fasci di neutroni su campioni di silicio potrebbe portarci a scoprire la fino ad ora sfuggevole “quinta forza” della natura (le altre quattro sono l’interazione gravitazionale, l’interazione elettromagnetica, l’interazione debole e l’interazione forte). Utilizzando una tecnica chiamata interferometria pendellösung, un team di fisici guidato da Benjamin Heacock del National Institute of Standards and Technology ha utilizzato fasci di neutroni per sondare la struttura cristallina del silicio alla massima precisione mai raggiunta, ottenendo risultati più dettagliati rispetto alle tecniche a raggi X. Ciò ha rivelato proprietà precedentemente non riconosciute nel silicio, un materiale cruciale per la tecnologia, informazioni più dettagliate sulle proprietà del neutrone e ha posto importanti vincoli alla quinta forza, se esiste.

“Anche se il silicio è onnipresente, stiamo ancora imparando a conoscere le sue proprietà più basilari”, ha affermato il fisico Albert Young della North Carolina State University. “Il neutrone, poiché non ha carica, è eccellente da usare come sonda perché non interagisce fortemente con gli elettroni all’interno del materiale. I raggi X hanno alcuni inconvenienti quando misurano le forze atomiche all’interno di un materiale a causa della loro interazione con gli elettroni.

“Uno dei motivi per cui le nostre misurazioni sono così sensibili è che i neutroni penetrano molto più in profondità nel cristallo rispetto ai raggi X – un centimetro o più – e quindi misurano un insieme molto più grande di nuclei”, ha chiarito il fisico Michael Huber del NIST. “Abbiamo trovato prove che i nuclei e gli elettroni potrebbero non vibrare rigidamente, come comunemente si presume. Ciò sposta la nostra comprensione su come gli atomi di silicio interagiscono tra loro all’interno di un reticolo cristallino”.

I risultati del team hanno limitato di dieci volte la portata del vettore della quinta forza, il che significa che le ricerche future per la quinta forza hanno una gamma più piccola in cui guardare. “La cosa grandiosa di questo lavoro non è solo la precisione – possiamo affinare su specifici osservabili nel cristallo – ma anche che possiamo farlo con un esperimento da tavolo, non un grande collisore”, ha detto Young. “Fare queste misurazioni precise e su piccola scala potrebbe farci fare progressi su alcune delle questioni più impegnative per la fisica fondamentale”.