第五种力是什么？| Discover Magazine

近年来，一群匈牙利研究人员以大胆的声明吸引了媒体的关注。他们声称发现了一种被称为 X17 的新粒子，这种粒子需要自然界第五种力的存在。

然而，研究人员并非在寻找这种新粒子。相反，它在 2015 年他们寻找暗物质迹象时，作为异常出现在探测器中。起初，这种奇特的现象并未引起太多关注。但最终，加州大学欧文分校的一群杰出粒子物理学家对此进行了更仔细的研究，并提出匈牙利人偶然发现了一种新型粒子——这意味着一种全新的自然力。

然后，在 2019 年底，匈牙利的发现引起了主流媒体的关注，包括《CNN》上的重要报道——当时他们发布了新的研究结果，表明他们的信号并没有消失。即使在改变了实验参数后，异常现象仍然存在。他们现在已经看到了几百次同样的情况。

这让一些物理学家对发现新力的前景感到兴奋。但即使某种未知力并非导致这种奇怪信号的原因，该团队也可能揭示了某些新颖的、此前未见的物理现象。如果得到证实，一些人认为这种新力可以使物理学更接近宇宙的统一理论，甚至有助于解释暗物质。

然而，到目前为止，大多数科学家仍然持怀疑态度。多年来，与匈牙利研究团队有关的研究人员一直声称发现了新粒子，但后来这些粒子又消失了。因此，其他科学家乐于等待更多数据来证实或证伪这一可能改变范式的发现。但这可能需要很长时间。

洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论物理学家 Daniele Alves 表示：“从粒子物理学的角度来看，异常现象来来往往。我们已经学会了不过度偏向任何一种解释。重要的是要彻底弄清这个问题。”

四种基本力

物理学教科书告诉我们，自然界有四种基本力：引力、电磁力，以及强核力和弱核力。

我们对前两种力相当熟悉。引力将我们固定在地球上，并将我们围绕太阳运行；而电磁力则使灯光亮起。另外两种力对我们来说不太明显，因为它们支配着最小尺度的相互作用。强核力将物质结合在一起，而弱核力则描述了原子的放射性衰变。

每种力都由一种亚原子粒子携带，物理学家称之为玻色子。例如，光子是电磁力的力粒子。胶子携带强核力。W 和 Z 玻色子负责弱核力。引力甚至有一个假想的玻色子，称为引力子，尽管科学家尚未证明其存在。

然而，如果你问许多理论物理学家，他们可能会告诉你，我们还没有发现自然界所有的力。可能还有其他力，只是等待被发现。例如，有些人怀疑发现暗物质可能会揭示一种新的弱力。

这就是匈牙利研究小组的出现之处。不深入细节，该小组用质子轰击一块薄薄的锂-7 样品，然后锂-7 衰变成铍-8。正如预期的那样，这产生了正电子和电子对。然而，探测器也探测到了过量的衰变信号，这表明可能存在一种新的、极其微弱的粒子。如果它存在，该粒子的质量约为质子质量的 1/50。并且由于其性质，它将是一个玻色子——一种携带力的粒子。

但是，历史上有很多原因让我们对新的理论持怀疑态度。在近几十年里，其他小组也声称发现了第五种力，但这些说法后来都不了了之。大约在 2000 年，一个小组提出了一个名为“精质”（quintessence）的新力，以解释最近发现的暗能量。在 20 世纪 80 年代，麻省理工学院的一群物理学家表示，他们发现了一种被称为“超荷”（hypercharge）的第五种力，它起到了类似反引力的作用。然而，我们现在的教科书仍然教授着几十年前就有的四种基本力。

这意味着对新的不明信号最可能的解释是，匈牙利探测器的设置存在某种问题。然而，没有人质疑这些数据。这些发现经过同行评审并发表在《Physical Review Letters》杂志上——这与发表引力波发现的杂志是同一家。即使是享有盛誉的期刊中的想法，有时也可以被解释为系统误差，但这就是科学运作的方式。

Alves 说：“人们正在关注，看这究竟是核物理效应，还是系统性的问题。重要的是要重复这些实验……以便能够检验它是否真实，或者它是否是他们进行实验方式的产物。”