宇宙中還有第五種力？

示憐云

一直以來，科學(xué)家認(rèn)為，自然界存在四種基本力，即電磁力、強(qiáng)核力、弱核力和引力。但最近，一些物理學(xué)家聲稱，他們發(fā)現(xiàn)了第五種力。這究竟是怎么一回事？

異常的數(shù)據(jù)

最近，一個(gè)匈牙利的研究小組進(jìn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，目的原本是尋找與暗物質(zhì)相關(guān)的粒子。實(shí)驗(yàn)中，他們用一束強(qiáng)烈的質(zhì)子束去轟擊了薄薄的鋰-7靶。在這過程中，鋰-7會變?yōu)槠胀ǖ拟?8，并同時(shí)放出正負(fù)電子對。但他們發(fā)現(xiàn)，觀測到的電子對比理論預(yù)期要多。這個(gè)反常無法用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型理論來解釋。

不過，他們認(rèn)為，如果存在一種新粒子，就可以解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這個(gè)新粒子的能量約為1700萬電子伏特，質(zhì)量大致為電子質(zhì)量的32.7倍，或質(zhì)子質(zhì)量的2%。由于這個(gè)新粒子比近幾十年來所發(fā)現(xiàn)粒子的能量要低，因此，按理說物理學(xué)家本應(yīng)該早已發(fā)現(xiàn)它。但是，現(xiàn)在才找到這個(gè)粒子，這是一件非常奇怪的事。

2016年1月，他們的論文發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上了。雖然《物理評論快報(bào)》是世界上最具聲望的物理學(xué)期刊，但是他們的論文并沒得到多少關(guān)注，直到一個(gè)來自美國加州大學(xué)歐文分校的研究小組注意到了它。他們也認(rèn)為，其結(jié)果似乎真的不能用標(biāo)準(zhǔn)模型來解釋。

新的理論框架

為了解釋匈牙利的數(shù)據(jù)，歐文分校的研究小組提出了一種新的理論。

當(dāng)前，傳統(tǒng)的物理學(xué)理論認(rèn)為，自然界存在四種基本力，而他們的新理論包含了一種新的基本力，即所謂的“第五種力”。

是否真的存在第五種力，已經(jīng)討論了幾十年了，物理學(xué)家始終沒有得到確切的答案。另一方面，自然界的確存在一些不能用傳統(tǒng)物理理論來解釋的事物，比如說暗物質(zhì)。

暗物質(zhì)通常被認(rèn)為是由一種單一穩(wěn)定的、有質(zhì)量的粒子構(gòu)成的。物理學(xué)家還認(rèn)為，除了引力以外，暗物質(zhì)不與其他已知的力產(chǎn)生作用。也許，暗物質(zhì)可能與某種未知的力產(chǎn)生相互作用，而普通物質(zhì)卻感受不到這種未知的力？

現(xiàn)在，有關(guān)這種未知的力的理論提出了很多。許多理論都假設(shè)了宇宙中存在一種暗光子，會與攜帶“暗電荷”的暗物質(zhì)粒子發(fā)生作用。暗光子與光子類似，而光子會與攜帶電荷的普通粒子發(fā)生作用，其作用就是電磁力。不過它們之間存在著一個(gè)不同：光子的質(zhì)量為零，但許多理論認(rèn)為，暗光子是有質(zhì)量的，它可以衰變?yōu)檎?fù)電子對。

匈牙利研究小組做實(shí)驗(yàn)最初的目的，就是為了尋找上面這個(gè)與暗物質(zhì)相關(guān)的粒子。那么，他們真的找到了暗光子？

但歐文分校的研究小組認(rèn)為，找到的新粒子不是暗光子，而是一種“疏質(zhì)子”（protophobic）粒子，因?yàn)檫@可以更好地解釋匈牙利的數(shù)據(jù)。疏質(zhì)子英文的字面意思“害怕質(zhì)子”，指的是它很少或從不與質(zhì)子發(fā)生作用，但可以與中子發(fā)生作用。

這種新粒子不帶電荷，可衰變?yōu)檎?fù)電子對。而且，它可以體驗(yàn)到一種未知的力，即第五種力，其作用范圍約為12飛米，大致相當(dāng)于質(zhì)子大小的12倍。

歐文分校的研究小組表示，除了可解釋匈牙利的結(jié)果，這種粒子似乎還可以解釋其他實(shí)驗(yàn)里的一些反常數(shù)據(jù)。

是真是假？

這可能是真的嗎？一些物理學(xué)家認(rèn)為，歐文分校的研究小組提出的理論有點(diǎn)過于另類。

另外，匈牙利研究小組的論文雖然發(fā)表在著名的期刊上，不過該小組之前也發(fā)表過兩篇有關(guān)數(shù)據(jù)異常的論文，都聲稱可能發(fā)現(xiàn)了新的粒子，但之后都被后續(xù)的實(shí)驗(yàn)所否定。另外，他們從來不解釋之前的實(shí)驗(yàn)錯(cuò)在哪里。

也許，我們對這個(gè)發(fā)現(xiàn)要持謹(jǐn)慎的態(tài)度。不管怎樣，是否真的有第五種力，研究人員得拿出確鑿的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才行。