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宇宙存在第五种力 与暗物质有关

科幻 /  著作权归作者本人所有

伤我心太深  2016-12-22 20:38

  一直以来,科学家认为,自然界存在四种基本力,即电磁力、强核力、弱核力和引力。但最近,一些物理学家声称,他们发现了第五种力。这究竟是怎么一回事?


  异常的数据


  最近,一个匈牙利的研究小组进行了一个实验,目的原本是寻找与暗物质相关的粒子。实验中,他们用一束强烈的质子束去轰击了薄薄的锂-7靶。在这过程中,锂-7会变为普通的铍-8,并同时放出正负电子对。但他们发现,观测到的电子对比理论预期要多。这个反常无法用传统的标准模型理论来解释。


  不过,他们认为,如果存在一种新粒子,就可以解释实验数据。这个新粒子的能量约为1700万电子伏特,质量大致为电子质量的32.7倍,或质子质量的2%。由于这个新粒子比近几十年来所发现粒子的能量要低,因此,按理说物理学家本应该早已发现它。但是,现在才找到这个粒子,这是一件非常奇怪的事。


  2016年1月,他们的论文发表在《物理评论快报》上了。虽然《物理评论快报》是世界上最具声望的物理学期刊,但是他们的论文并没得到多少关注,直到一个来自美国加州大学欧文分校的研究小组注意到了它。他们也认为,其结果似乎真的不能用标准模型来解释。



  新的理论框架



  为了解释匈牙利的数据,欧文分校的研究小组提出了一种新的理论。

  当前,传统的物理学理论认为,自然界存在四种基本力,而他们的新理论包含了一种新的基本力,即所谓的“第五种力”。


  是否真的存在第五种力,已经讨论了几十年了,物理学家始终没有得到确切的答案。另一方面,自然界的确存在一些不能用传统物理理论来解释的事物,比如说暗物质。

  暗物质通常被认为是由一种单一稳定的、有质量的粒子构成的。物理学家还认为,除了引力以外,暗物质不与其他已知的力产生作用。也许,暗物质可能与某种未知的力产生相互作用,而普通物质却感受不到这种未知的力?


  现在,有关这种未知的力的理论提出了很多。许多理论都假设了宇宙中存在一种暗光子,会与携带“暗电荷”的暗物质粒子发生作用。暗光子与光子类似,而光子会与携带电荷的普通粒子发生作用,其作用就是电磁力。不过它们之间存在着一个不同:光子的质量为零,但许多理论认为,暗光子是有质量的,它可以衰变为正负电子对。

宇宙存在第五种力 与暗物质有关399 / 作者: / 来源:

  匈牙利研究小组做实验最初的目的,就是为了寻找上面这个与暗物质相关的粒子。那么,他们真的找到了暗光子?


  但欧文分校的研究小组认为,找到的新粒子不是暗光子,而是一种“疏质子”(protophobic)粒子,因为这可以更好地解释匈牙利的数据。疏质子英文的字面意思“害怕质子”,指的是它很少或从不与质子发生作用,但可以与中子发生作用。


  这种新粒子不带电荷,可衰变为正负电子对。而且,它可以体验到一种未知的力,即第五种力,其作用范围约为12飞米,大致相当于质子大小的12倍。

  欧文分校的研究小组表示,除了可解释匈牙利的结果,这种粒子似乎还可以解释其他实验里的一些反常数据。



  是真是假?



  这可能是真的吗?一些物理学家认为,欧文分校的研究小组提出的理论有点过于另类。

  另外,匈牙利研究小组的论文虽然发表在著名的期刊上,不过该小组之前也发表过两篇有关数据异常的论文,都声称可能发现了新的粒子,但之后都被后续的实验所否定。另外,他们从来不解释之前的实验错在哪里。

  也许,我们对这个发现要持谨慎的态度。不管怎样,是否真的有第五种力,研究人员得拿出确凿的实验数据才行。


宇宙存在第五种力 与暗物质有关99 / 作者: / 来源:

  匈牙利国家科学院核子研究所的物理学家使用了正负电子谱仪。



  科学大发现:自然界存在第五种力有了新证据


  说到“第五种力”,可能很多朋友并不知道,一些人甚至没听过。那么,什么是第五种力呢?第五种力其实是第五种力基本作用力的简称,它是一种新的基本相互作用力,它与重子数成正比,而不与质量数成正比。直至目前为止,第五种力的客观性还只是人们的一种猜想和臆断,并未得到验证和承认。而日前,有科学家在新的研究中发现了自然界存在第五种力的新证据。

  

宇宙存在第五种力 与暗物质有关67 / 作者: / 来源:

  目前已知的自然界四种力



  据美国加州大学尔湾分校(UCI)官网消息,匈牙利科学院核科学家数月前称,可能发现了一种未知的亚原子粒子。他们对研究结果进行梳理后认为,这一亚原子粒子并非物质粒子,而有可能是自然界中存在第五种力的证据。


  该研究负责人、物理和天文学教授冯孝仁说:“数十年来,我们知道自然界中存在四种基本力:引力、电磁力、强核力(又叫强相互作用力,是四种基本力中最强的)和弱核力。如果我们的结论获得证实,那将是革命性的。第五种力将彻底改变我们对宇宙的理解,导致力和暗物质的统一。”


  匈牙利科学家去年进行的实验是为了搜寻“暗光子”,也可能意味着占宇宙总质量85%左右的看不见的暗物质,他们却发现了反常现象:可能存在一种质量为电子30多倍的新的光粒子。冯孝仁解释称:“匈牙利科学家只看见了反常现象,表明可能存在一种新粒子,但他们并不清楚它是物质粒子还是携带力的粒子。”


  

宇宙存在第五种力 与暗物质有关285 / 作者: / 来源:

  如证实自然界存在第五种力,那么将会使我们改变对宇宙的理解。



  随后,UCI团队对匈牙利科学家的数据及该领域所有其他实验数据进行了核查,结果表明,这种粒子不是暗光子,可能是“疏质子的X玻色子”,指向第五种力。普通的电力是电子和质子相互作用的结果,而新发现的玻色子仅同电子和中子相互作用,且作用范围十分有限。该研究联合作者、物理和天文学教授蒂莫西·泰特说:“我们已观察到的玻色子中都没有这一属性,故而也称其为‘X玻色子’。X意味着‘未知’。”


  冯孝仁指出,该粒子一直很难被发现,其相互作用非常微弱,所以,进一步研究至关重要。实验室已经拥有了制造其所需要的能量,全球科学家都能对匈牙利科学家的结论进行跟踪分析。此外,他还表示这种潜在的第五种力可能同电磁力、强核力及弱核力结合形成“一种更大、更基本的力。”

  据悉,这一发现可能开启一个完全不同的领域。有关该研究的报告已发表在最新一期的美国《物理评论快报》杂志中。


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