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发现第五种基本力?

2019-11-24 20:58| 发布者: | 查看: 42| 评论: 0

摘要:   作者:Don  非凡的主张需要非凡的证据。卡尔萨根  1  我们知道,自然界存在四种基本力:引力、电磁力、强核力和弱核力,它们在不同的尺度下各司其职,支配着宇宙万物。然而,在一项新的研究中,来自匈牙利 ...

  作者:Don

  非凡的主张需要非凡的证据。——卡尔·萨根

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  我们知道,自然界存在四种基本力:引力电磁力强核力弱核力,它们在不同的尺度下各司其职,支配着宇宙万物。然而,在一项新的研究中,来自匈牙利的物理学家认为他们可能找到了第五种基本力存在的证据。

  在论文中,他们宣称找到了一种质量为17 兆电子伏(17MeV)的新粒子,这是一种质量大约是电子的 33 倍、质子的2% 的粒子。这个新粒子被称为 X17。如果新粒子能够得到证实,这对于解释暗物质的奥秘、统一几种基本力来说都具有重大意义。

  物理学家是通过研究原子核的核跃迁作出了这一发现。在这个跃迁过程中,一束能量为 21MeV 的伽马射线(光子)被释放了出来。在如此高的能量下,光子可以转换成一对电子和正电子,研究人员可以测得这两个粒子的路径之间的角度。标准的核理论对这两个粒子之间的角度分布作出了清晰的预测。

  然而在测量之后,研究人员却意外地发现,有的粒子对的轨迹夹角为115º。而这种现象可以通过产生了一个质量为 17MeV 的未知粒子来解释。

  如果这一发现得到证实,那这无疑是一件非凡的成就。它意味着我们也许发现了一种新的粒子,也发现了一种新的基本力。

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  事实上,这并不是第一次该团队宣称找到第五种力的证据。在 2015 的时候,他们在研究时,就发现了或许存在一种新的粒子。

  在铍的核跃迁过程中,研究小组密切关注了铍-8 的放射性衰变,这是一种不稳定的同位素。当铍-8 的粒子衰变时,他们观测到了意想不到的光辐射:产生于这种不稳定的同位素的电子(e⁻)和正电子(e⁺)对精确地以140°的夹角彼此分离。根据能量守恒定律,这是不应该发生的。


铍-8 的实验示意图。图中X为“疏质子的X玻色子”。 图片来源:Flip Tanedo

  这一结果表明,在衰变中产生了一个未知的粒子。经过分析,他们发现这一现象可以通过产生了一个迄今为止尚未被发现的、质量为 17MeV 的粒子来解释。因此,最近的测量结果可被视为是对之前一次测量结果的再次确认。

  此外,在铍跃迁中的异常现象被发现之后,加利福尼亚大学尔湾分校的一组物物理学家构建了一种理论,该理论不仅与之前的所有测量结果一致,还预测出了一个质量为 17MeV 的新粒子。

  他们提出,这种未知粒子是一种玻色子。确切地说,是一种“疏质子的X玻色子”,可能对应着第五种基本力。在量子力学中,玻色子是一种携带能量的粒子,它们就像“胶水”一样,能将物质粘合在一起,并控制着物理力之间的相互作用。新提出的这种玻色子有一个有趣的特性,那就是它只在短距离内与电子和中子相互作用,而电磁力通常作用在质子和电子上。

  那么,这是否已经意味着我们可以开香槟庆祝新的发现了呢?

  不,在真正确认之前,还有许多工作要做。

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  虽然网上已经有关于这一发现的消息,但这并非是一个被科学界普遍接受的结果。

  从好的角度来看,在铍跃迁中观测到的可能产生了新粒子的结果已经经过了同行评审,并发表在了以专业严谨著称的《物理评论快报》上。这意味着其他一些已经对第一次的测量结果进行了评估,认为这是一则值得被传播的信息。此外,构建了能解释这一发现的理论也被发表在了《物理评论快报》上,这也意味着该理论至少经受住了最初的一些批判性评议。

  然而具有争议的是,这两项测量中——一项与氦有关,一项与铍有关——都是由同一组实验人员完成的。这不能算是真正独立的确认。而且,其他一些研究小组在进行实验之后并没有探测到这种质量为 17MeV 的粒子。因此,我们并不能认为这个粒子已经真正被确认了。

  此外,用来解释这一新发现的理论框架也有令人谨慎之处。像前文所提到的那样,在这个理论中,这种新的玻色子根本不与质子发生相互作用(即疏质子),而只与中子相互作用。虽然这并非是不可能的事,但这是一项非常具体的预测,没有任何先例能与之相对比。

  最后,在过去几十年里,那些曾宣称发现了 17MeV 的粒子的一些科学家,还声称观测到过一系列其他粒子,然而这些粒子却无一得到其他团队的证实。虽然我们并不能因为未能证实其他的发现就否定这一发现,但这一现状的确值得我们持更加谨慎的态度。

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  那么,这到底意味着什么?研究人员当然有可能偶然发现了一些其他研究小组没有发现的东西。然而,目前的状况的确需要我们以更加谨慎的态度来对待这一发现。因此,现在就将 17MeV 的粒子视为既成事实会过于草率。

  科学家提出主张,其他人试图证实或反驳——这在科学中是司空见惯的事,也是科学得以前进的必经之路。然而,随着互联网的普及,越来越多不是专业科学家的人们也可以观摩甚至加入这场争论。目前,最谨慎的做法是等待其他团队来宣布结果以确认这一发现;或者进行再次测量,检测它是否只是数据中的一个偶然事件。


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