第五種基本作用力被發現?物理學大廈是否還有新的大門?

2020-12-25 騰訊網

在人類科學的發展史上，「意外事件」起到了不可磨滅的作用，很多科學上的突破，都來自於一些「歪打正著」的「無意插柳」。

最近，來自匈牙利的一組長期致力於尋找暗物質的科學團隊在研究過程中，意外發現他們可能找到了一種更令人震驚的成果——第五種基本作用力。

我們知道，目前人類所認知的宇宙一共有四大基本作用力：引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用。這四大基本作用力幾乎可以解釋一切我們可觀測的宇宙現象，並且即使是未解的現象，也很少會有人向第五種基本作用力求助。

那麼，他們為何這一次如此大膽地發表了這樣的言論呢？原來，他們在研究的過程中，疑似發現了一種新的粒子，他們暫時稱之為X17粒子，或許是傳遞第五種作用力的基本粒子。

實際上，四大基本作用力的本質是什麼，一直是科學家們探究的重點方向。以萬有引力為例，我們已經對它非常熟悉了，也知道兩個天體即使在空間上並不直接接觸，就能相互作用。但是，這到底是為什麼呢？即便愛因斯坦告訴我們，這是質量導致的空間扭曲所產生的現象，我們還是不知道：為什麼質量就可以扭曲空間呢？

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目前的理論認為：所謂的力，其實是幾種特殊的亞原子粒子所產生的現象。這些粒子都是玻色子，比如產生電磁力的光子、產生強相互作用的膠子、產生弱相互作用的W玻色子以及Z玻色子。目前唯一沒有找到這種玻色子的力就是引力，科學家推測了引力子的存在，卻始終沒有找到它任何蛛絲馬跡。

而這一次，匈牙利的這些研究人員們竟然反其道而行之，首先發現了傳遞相互作用力的粒子，然後推測出第五種作用力（當然這一切都還沒有確定）。

他們的實驗內容，是向薄的鋰-7板上轟擊質子。實驗的結果基本和預想一樣，生成了放射性元素鈹-8，同時產生了正反電子對。不過，與此同時，探測器也檢測到了了其他的衰變信號，這暗示著可能有一種新的、極弱的新粒子存在。如果它真的存在，那麼這個粒子的質量應該有質子的1/50左右。並且，他們根據這個粒子的特性推測，它可能是一個玻色子，也就是我們剛才說的一種可以與基本作用力相關的粒子。

早在2015年的時候，當他們在尋找暗物質的跡象時，這個粒子就出現在他們的探測器中，顯示了一些異常現象，不過他們並沒有在意。但是，一些在加州大學歐文分校工作的著名粒子物理學家仔細觀察了一下，才首次提出了發現新粒子的猜測。

在接下來的實驗中，他們改變了實驗參數，但仍然沒有消除這些異常的現象，據說他們觀測到了數百次這樣的現象。最終，在2019年的時候，他們正式公布了這個新的發現，轟動了世界，甚至在美國有線電視新聞網（Cable News Network，縮寫：CNN）得到了一次重點報導。

隨著人類科學的不斷發展，我們已經深刻認識到宇宙的複雜性遠遠不是現在的人類所能理解的。一百多年前開爾文爵士宣稱的基本已經完成的物理學大廈，如今仍然殘留許多未解之謎等待科學家去破解。鑑於他被打臉的經驗，人類從來不會否認第五種力、物質第五種狀態這種可能性的存在。正是因為這個原因，這一次的發現才能引起如此廣泛的注意。

有一些物理學家就認為，暗物質的存在，或許就暗示著另一種人類未知的基本作用力。

實際上，匈牙利的這支團隊並不是歷史上第一批宣布發現可能發現第五種作用力的人。比如在2000年左右，有一個團體提出了第五種力的概念，以解釋當時新發現的暗能量。更早的言論甚至在20世紀80年代就出現了，當時麻省理工學院的一群物理學家說，他們發現了第五種力，被稱為超電荷，可以提供一種和引力相反的作用力。但是，所有這些「發現」，最終都歸於沉寂。我們所相信的，仍然是四大基本作用力。

那麼，這一次的發現，是否可以改變這一現狀呢？

遺憾的是，一些和這支匈牙利科學團隊有聯繫的科學家們也嘗試過做相關實驗，雖然有些人宣布自己也發現了這個粒子，但是最終這些粒子和現象都消失了。

這樣的結果讓很多物理學家不能接受，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）理論物理學家丹尼爾·阿爾維斯（Daniele Alves）就表示：「從粒子物理學的角度來看，這種異常現象時隱時現，多年以來的經驗告訴我們，不要太執著於某種解釋，最重要的是把問題的根源搞清楚。」

即便如此，這次發現對於物理學家來說，仍然是令人興奮不已的消息。雖然有些人持懷疑態度，但大家基本上都相信：即使這個X17粒子並沒有被證明和第五種基本作用力相關，但它也極有可能揭示一些以前從未聽說、並且非常重要的物理秘密。甚至還有一種可能，就是這種粒子與暗能量乃至大統一理論相關。何況，目前我們也沒有完全推翻他們的發現，這個粒子和第五種基本作用力的存在可能性並不是0。

正所謂：「you can you up, no can no bibi。」阿爾維斯已經提議，和她的團隊一起重複匈牙利這支團隊的實驗。眾所周知，洛斯阿拉莫斯國家實驗室是世界上第一枚原子彈的誕生地。自從奧本海默、愛德華·泰勒和歐內斯特·勞倫斯等人建立後，這座實驗室一直是世界上最強大的實驗室之一。目前，阿爾維斯已經提交了資金申請，等待審批後展開實驗。同樣的，世界上其他幾家實驗室也有意從事這項研究，希望能夠打開物理學大廈的一座新的大門。

相信對於每一個人來說，都期待著看到第五種作用力現身的一天。但科學是嚴謹的，我們非要拿出確鑿無疑的證據，才能確立新的物理準則。還是我們前面說的那句話，宇宙中充滿了我們未知的秘密，我們甚至可以推測，第六種、第七種基本作用力也未必就不可能存在，但是需要人類更先進的科技才能檢測到。

丹尼爾·阿爾維斯

而新的作用力的出現，勢必又是對大統一理論的一次挑戰。我們目前尚且不能把引力和其他三種力統一起來，而新的作用力恐怕更是「跳出三界外，不在五行中」。新的大統一理論，長途漫漫。

那麼，你是否相信第五種基本作用力呢？在評論區說說你的看法吧~

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    愛因斯坦利用黎曼的研究成果，用數學形式表達了他自己的物理學新發現，這就是廣義相對論（general relativity）。這個理論對黎曼的「度量張量」模型進行研究，幾乎實現了愛因斯坦統合已知作用力的夢想。他們發現，在一個十一維的度量張量模型裡，包含了自然界裡幾乎所有的粒子與作用力：愛因斯坦的重力理論、楊－米場與麥克斯韋爾場、還有夸克與輕子。如圖所示：
  • 第五元素成真?科學家稱發現第五種自然力量 或解開宇宙之謎
    科學家們早就認識到有四種"基本力量"支配著自然。我們宇宙的物質被這些力吸引到一起，或者被這些力推開。四種力中包括引力和電磁力，這些力能產生重要的遠距離相互作用，其影響可以在日常生活中直接觀察到。還有兩種力被稱為強核力和弱核力，它們在微小的亞原子距離上產生力並支配核物理。
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    自從科學誕生之日起，科學家就一直走在統一的道路上，牛頓統一了天上地下的物體運動規律，麥克斯韋統一了電和磁，愛因斯坦統一了時間和空間，質量和能量，楊振寧統一了電磁力與弱核力；統一場論是物理學的終極夢想，如果誰真的能統一四種基本力，那麼他的功績是絕對是前所未有的。
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    很長一段時間以來，物理學家已經意識到自然界的四種基本作用力：電磁力、引力、弱核力和強核力。除此之外，科學家們相信自然界中還存在第五種作用力，而這種作用力正是可以幫助我們揭開暗物質謎團的鑰匙。要知道，暗物質約佔我們宇宙總質量的85%。那麼科學家是否已經發現了這種新的自然基本力呢？
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