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匈牙利物理學家或發現第五宇宙基本力

2016/5/28 — 17:13

Avariel Falcon / flickr

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在現代基礎物理描繪的宇宙,物質之間只有四種交互作用——重力、電磁力、強與弱核力。

物理學家 Attila Krasznahorkay 和研究人員去年在科學期刊《物理評論快報》指,異常的放射性衰變或代表有第 5 種基本力的存在。雖然主張十分驚人,卻沒有引來很大迴響。直至加州大學物理學家 Joanthan Feng 和他的隊伍檢查 Krasznahorkay 的數據後,發現 Krasznahorkay 的數據並沒有和之前的研究有衝突,意味宇宙可能真正存有第 5 種力,才首次引起科研界熱烈討論。

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Krasznahorkay 和研究人員將質子 (Proton) 射向鋰-7 (7Li, Lithium-7)  目標,由此製作出不穩定的鈹-8 (8Be, Beryllium-8) 原子核,並衰變為幾對電子 (Electron) 和正電子 (Positrons)。若根據標準模型,當質子射向鋰的角度有所改變,理應就會觀察到電子和正電子下降。不過,當他們以 140° 角度射向鋰時,衰變的電子和正電子大量卻反常地增加。他們相信鈹-8 製作出一種未知粒子,並由此散發出比正常多的能量,衰變出比平常多的電子和正電子。Feng 相信這種物質大約為 17 百萬電子伏 (Mev),或比電子重 34 倍。

雖然 Krasznahorkay 和 Feng 都得出同樣結果,但他們各自卻有不同的看法。 Krasznahorkay 相信他們只發現了暗光子 (Dark Photon),但 Feng 卻認為其實這非暗光子,而是一種「怕」質子的 X 玻色子 (protophobic X boson)。這種粒子帶有極短距離的力,所影響的範圍只有幾個一個原子核般闊,他們猜想,若這種 X 玻色子存在,就是「第五種力」的中介。另一個令他們認為這並不是暗光子的原因,因為暗光子會與電子和質子連繫,但這種 X 玻色子會與電子和中子連繫。當然,Feng 也會嘗試找出其他導致異常的粒子,但以目前數據所見,他認為 X 玻色子仍會是最有可能的解釋。

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雖然兩者結果都可能意味著有第 5 基本力的存在,但《自然》期刊訪問不同物理學家時,不少仍持懷疑態度。而紐約州立大學石溪分校的理論物理學家則認為結果似乎有點出乎意料,未能以此確認第 5 種力的存在。但他同時也抱觀望態度指,現時應該要重複驗證實驗,找出更多證據支持第五種力的存在,或者自然會再次給予我們驚喜。 

報告:

Feng, J.L., Fornal, B., Galon, I., Gardner, S., Smolinsky, J., Tait, T.M.P. & Tanedo, P. (2016) Evidence for a Protophobic Fifth Force from 8Be Nuclear Transitions. arXiv.org, Published Online. DOI: arXiv:1604.07411v1 

Krasznahorkay, A. J., Csatlós, M., Csige, L., Gácsi, Z., Gulyás, J., Hunyadi, M., ... & Vajta, Z. (2016) Observation of Anomalous Internal Pair Creation in 8Be: A Possible Signature of a Light, Neutral Boson. arXiv.org, Published Online. DOI: arXiv:1504.01527 

原文:

Nature, Has a Hungarian physics lab found a fifth force of nature?, 25 May 2016

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