宇宙第 5 種基本力的假設越發真實?科學家二度檢測到神祕 X17 粒子

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 27 日 20:32 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


當今宇宙由 4 種基本力主宰,分別為重力、電磁力、弱核力與強核力,但為了解釋某些現象,物理學家偶爾會假設宇宙還有第 5 種未知作用力存在。現在,來自匈牙利的物理學家團隊從氦原子衰變中,二度找到可能與第 5 種基本力相關的未知粒子,若得到其他獨立團隊證實,這將是理解暗物質如何與一般物質相互作用的關鍵。

物理學表明,重力(gravity)、電磁力(electromagnetism)、弱核力(the weak nuclear force)、強核力(the strong force)等 4 種基本作用力控制著已知的可見宇宙,比如我們得以站在地上而不是飄出地球,跟重力有關;指南針跟電磁力有關(把地球視為一個大磁鐵);太陽發光發熱,跟強核力有關;一般人較不熟的弱核力則跟 β 衰變有關。

科學家還透過重力效應得知宇宙中有大量暗物質存在,只是我們至今都找不到暗物質的確切位置,而近年來吵得沸沸揚揚的第 5 種力假設,也許能幫科學家一勞永逸地解決暗物質問題。

3 年前,由匈牙利科學院核能研究所科學家 Attila Krasznahorkay 領導的團隊,在分析鈹-8 衰變的過程時發現了「Atomki 異常(Atomki anomaly)」:電子和正電子以不尋常的角度從原子分裂出來。當時那篇論文發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

已知當處於激發態的原子衰變成其他粒子(α 粒子、β 粒子或微中子)的同時,會釋出伽馬射線光子,在鈹-8 原子中,能量足夠高的光子再衰變成電子與正電子,兩者會以可預測的角度彼此遠離;並且基於能量守恆定律,電子與正電子分開的夾角越大,則數量應該相對越少。

然而 2016 年觀察鈹-8 原子的衰變結果顯示,以 140 度夾角分開的電子與正電子數量卻增加了,遠遠超乎預期。

可能出現未知新粒子

研究人員認為,這可能表明原子在衰變的那刻,有多餘能量短暫形成一個新的未知粒子,然後該粒子幾乎立即衰變形成以 140 度夾角分開的電子與正電子對。當時計算表明,這個未知粒子很可能是一個可以傳遞作用力的新型玻色子,能量約 17 MeV,約電子的 33 倍。

實驗過後,同一團隊決定改從穩定的氦原子下手,沒想到今年再度從中發現衰變粒子角度與數量相悖的現象──這次是以 115 度夾角分開的電子與正電子對數量異常增加。

詳細分析計算後,研究人員確認氦原子也可能產生一個能量不到 17 MeV 的短壽命玻色子。

解釋這種異常現象最快的方法,就是相信宇宙中還有一種新粒子、一種新相互作用和一種新基本力,研究團隊現在已將這種未知粒子命名為 X17,它能承載在微觀距離上作用的第 5 種基本力,並且強度不會大於強核力。

匈牙利團隊這篇最新論文尚未經過同行評審,如果未來有其他獨立研究團隊,能利用鈹-8 和氦以外的第 3 種原子重複檢測到這些結果,我們將越來越接近第 5 種基本力的真相。

(首圖來源:pixabay

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