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。
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。
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。