物理学家认为可能发现第五种自然力

诸平

据物理学家组织网（phy.org）2016年8月15日转载美国加州大学欧文分校（University of California, Irvine，UCI） 提供的消息，UCI的理论物理学家最近在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志发表了的一篇论文，其中提及到他们对于已有发现的另外一种解释，有可能是发现了前所未知的亚原子粒子，可能是第五种基础自然力存在的证据。美国加州大学欧文分校（UCI） 的理学及天文学教授乔纳森•冯(Jonathan Feng) 说：“如果被进一步的实验证实,这一可能是第五种力的发现将彻底改变我们对宇宙的理解。”新发现包括将图示的螺旋式星系（被称为NGC 6814）聚于一起的星系。乔纳森•冯说：“如果这是真的,将是一场革命性的变化。数十年来,我们已知的四种基本的作用力为引力、电磁力、强和弱核力。如果进一步的实验证实,这一发现可能是第五种力，将彻底改变我们对宇宙的理解,支持力和暗物质的统一结果。”

UCI的研究人员2015年中期遇到匈牙利科学院（Hungarian Academy of Sciences）的实验核物理学家的研究，这些核物理学家正在寻找“暗光子（dark photons）” ，这些粒子意味着就是看不见的暗物质,物理学家说它们约占宇宙质量的85%。匈牙利科学家的研究工作发现了异常的放射性衰变，表明存在一种比电子重30倍的轻粒子。

乔纳森•冯说：“实验者并未声称这是一个新的作用力,他们只是看到了表明一种新粒子事件的表现,但尚不清楚它们是否是一种物质粒子或是一种携力粒子（force-carrying particle）。”

UCI小组研究了匈牙利研究者的研究数据以及所有其他在这个领域之前的实验，显示此证据无论是对暗物质粒子还是对暗光子都极不支持。因此,他们提出了一种新的理论,综合所有现有数据之后，确定此发现可能意味着是第五种基本力。他们最初的分析结果是在2016年4月下旬于预印本文库（arXiv）在线服务器上公布（arxiv.org/abs/1608.03591）,而最近的一次修改稿是2016年8月11日在同一个网站公布——Jonathan L. Feng, Bartosz Fornal, Iftah Galon, Susan Gardner, Jordan Smolinsky, Tim M. P. Tait, Philip Tanedo. Particle Physics Models for the 17MeV Anomaly in Beryllium Nuclear Decays. (Submitted on 11 Aug 2016). arxiv.org/abs/1608.03591.

UCI的工作证明并不是一种暗光子（dark photon）,这种粒子可能是一种“疏质子X玻色子（protophobic X boson）”。虽然正常电力作用于电子和质子,这种新发现的玻色子仅仅与电子和中子相互作用，而且是在一个非常有限的范围内。分析合作者、UCI物理学及天文学教授蒂莫西•泰特（Timothy Tait）说：“我们没有观察到其它玻色子有同样的特点。有时我们也把它叫做“X玻色子（X boson）”,“X”意味着未知。”

乔纳森•冯说,进一步的实验是至关重要的。“此粒子并不很重,而且实验室制造此粒子所需的能量,自20世纪50年代和60年代以来就已经具备。但至今很难找到的原因是其相互作用非常弱。因为此新粒子是如此之轻, 世界各地的小实验室有很多实验团体可以跟进已有结果从事相关研究工作。”

像许多科学突破一样,这是一项打开全新领域的探索。激起乔纳森•冯研究兴趣的一个方向，就是这种潜在的、可能会作为一种较强的、更基础的力被加入到电磁力、强和弱核力之列，属于第五种力的可能性。

引用物理学家对标准模型的理解, 乔纳森•冯推测,可能还有一个单独的具有自己物质和力的暗区（dark sector）。 “可能是这两个分区通过有点含蓄，但又是基本的相互作用，达到相互交流和相互作用。”他说：“这种暗区力可能体现为疏质子力（protophobic force），我们看到的就是匈牙利科学家的实验结果。在更广泛的意义上,它与我们为了了解暗物质本质最初的研究相一致。”实际情况是否确实存在第五种作用力，有待实验证实。更多信息请浏览：

Jonathan L. Feng, Bartosz Fornal, Iftah Galon, Susan Gardner, Jordan Smolinsky, Tim M. P. Tait, Philip Tanedo. Particle Physics Models for the 17MeV Anomaly in Beryllium Nuclear Decays. (Submitted on 11 Aug 2016). arxiv.org/abs/1608.03591.

or Maybeit wasn't the Higgs particle after all

有关散开力的研究，可以参看黄永义老师的博文“纪念发现散开力25周年”。