有第五种基本作用力?宇宙中或存在将改变人类认知

文章作者:lili | 2016-08-17
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物理学家将物体之间的相互作用称之为"力"。20世纪以来,人们从最初认识到的两种力,万有引力和电磁力,逐步扩展到了四种:万有引力、电磁力、弱相互作用力、强相互作用力。

要谈到这四种力的产生和特点,就不能不谈到从爱因斯坦开始的一个梦想:将宇宙中所有的力用一个简洁的公式统一起来。最近有科学家研究称:宇宙中可能存在第五种基本作用力。如果被证实,那将是里程碑式的深远意义。

神秘的暗物质将类似NGC 6814这样的螺旋星系维系在一起神秘的暗物质将类似NGC 6814这样的螺旋星系维系在一起

  北京时间8月17日消息,近期的一项研究显示,宇宙中可能存在第五种基本作用力。“如果这个说法正确,那将是革命性的,”论文第一作者、加州大学欧文分校的物理学和天文学教授冯孝仁(Jonathan Feng)在声明中说道。

  “几十年来,我们已经知道了4种基本作用力:引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用,”冯孝仁补充道,“如果未来的实验能够加以证实,那这一发现将完全改变我们对宇宙的认知,并可能将这些作用力与暗物质联系起来。”

  冯孝仁和他的同事们对不久前由匈牙利科学院的实验核物理学家搜集的数据进行了分析,后者当时在尝试寻找“暗光子”——在理论上能指示暗物质的存在。科学家认为,暗物质占宇宙所有物质的85%,但暗物质不会吸收也不会发射出光,因此无法直接探测到。科学家是通过暗物质对“常规”物质的引力效应推断出其存在的。

  匈牙利科学家探测到了一种此前未知粒子存在的证据——但有些似是而非。在今年早些时候发表的论文中,他们指出这种粒子只比电子重34倍。“这些实验物理学家还无法宣称这是一种新的作用力,”冯孝仁说,“他们只是看到了诸多暗示新粒子存在的事件,但并不清楚它一个物质粒子还是一个带着作用力的粒子。”

  冯孝仁及其团队的研究提出,匈牙利科学家发现的并不是一种“暗光子”,而更可能是一种“疏质子X玻色子”(protophobic X boson)——一种能够指示宇宙第五种基本作用力存在的奇特粒子。研究者称,已知电磁力会对质子和电子产生作用,但这一新发现的粒子显然只与质子和中子有相互作用力,并且只在很短的距离内传递。

  “我们观测到的其他玻色子都没有这样的特征,”共同作者、同样来自加州大学欧文分校的物理学和天文学教授蒂莫西·泰特(Timothy Tait)说,“我们有时候也会简单地叫它‘X玻色子’,其中的‘X’指的是未知。”

冯孝仁称,这种潜在的第五种基本作用力可能与电磁力和强、弱相互作用有关联,“显示了一种更加宏大、更加基础的作用力”。另一种可能是,由“常规”物质和作用力组成的宇宙具有一个平行的“暗面”,它也有自己的物质和作用力。

  “有可能这两个面通过某种隐秘但基础的相互作用进行着互动,”冯孝仁说,“暗面的这种力可能以这种疏质子力的形式显示出来,正如我们在匈牙利科学家的实验中看到的结果。从更广阔的角度,这一结果与我们最初对暗物质性质的研究结果相吻合。”

  尽管这样的猜测很令人鼓舞,但研究者强调,他们的阐释还很不够充分,未来需要更多的研究和实验。事实上,据推测应该在加速器中观测到的粒子有时只是统计上的巧合。好消息是,许多科学家应该都有能力完成进一步的工作。

  “由于这个新粒子非常轻,因此世界各地许多小实验室的实验组都能够对最初的结论追根究底,现在他们已经知道了怎么去观测,”冯孝仁说道。他们的论文发表在近期的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,在arXiv论文预印本网站上也可以下载。

附:四大作用力比较表格

力的类型

发生作用的距离

力的强度(以强力为1)

传递此力的粒子

粒子的质量

引力

延伸到非常大的距离

10-38

没有发现

不知道

弱力

约小于10-17cm

10-13

中间玻色子W+W-Z0

90GeV

电磁力

延伸到非常大的距离

10-2

光子

0

强力

约小于10-13cm

1

胶子

假定为0

 

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