新发现的第五种基本作用力是什么?对物理学有什么影响?

发布网友发布时间：2022-05-14 06:55

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热心网友时间：2023-10-09 07:45

在人类科学的发展史上，“意外事件”起到了不可磨灭的作用，很多科学上的突破，都来自于一些“歪打正着”的“无意插柳”。

来自匈牙利的一组长期致力于寻找暗物质的科学团队在研究过程中，意外发现他们可能找到了一种更令人震惊的成果——第五种基本作用力。

我们知道，目前人类所认知的宇宙一共有四大基本作用力：引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用。这四大基本作用力几乎可以解释一切我们可观测的宇宙现象，并且即使是未解的现象，也很少会有人向第五种基本作用力求助。

那么，他们为何这一次如此大胆地发表了这样的言论呢？原来，他们在研究的过程中，疑似发现了一种新的粒子，他们暂时称之为X17粒子，或许是传递第五种作用力的基本粒子。

实际上，四大基本作用力的本质是什么，一直是科学家们探究的重点方向。以万有引力为例，我们已经对它非常熟悉了，也知道两个天体即使在空间上并不直接接触，就能相互作用。但是，这到底是为什么呢？即便爱因斯坦告诉我们，这是质量导致的空间扭曲所产生的现象，我们还是不知道：为什么质量就可以扭曲空间呢？

目前的理论认为：所谓的力，其实是几种特殊的亚原子粒子所产生的现象。这些粒子都是玻色子，比如产生电磁力的光子、产生强相互作用的胶子、产生弱相互作用的W玻色子以及Z玻色子。目前唯一没有找到这种玻色子的力就是引力，科学家推测了引力子的存在，却始终没有找到它任何蛛丝马迹。

而这一次，匈牙利的这些研究人员们竟然反其道而行之，首先发现了传递相互作用力的粒子，然后推测出第五种作用力（当然这一切都还没有确定）。

他们的实验内容，是向薄的锂-7板上轰击质子。实验的结果基本和预想一样，生成了反射性元素铍-8，同时产生了正反电子对。不过，与此同时，探测器也检测到了了其他的衰变信号，这暗示着可能有一种新的、极弱的新粒子存在。如果它真的存在，那么这个粒子的质量应该有质子的1/50左右。并且，他们根据这个粒子的特性推测，它可能是一个玻色子，也就是我们刚才说的一种可以与基本作用力相关的粒子。

早在2015年的时候，当他们在寻找暗物质的迹象时，这个粒子就出现在他们的探测器中，显示了一些异常现象，不过他们并没有在意。但是，一些在加州大学欧文分校工作的著名粒子物理学家仔细观察了一下，才首次提出了发现新粒子的猜测。

在接下来的实验中，他们改变了实验参数，但仍然没有消除这些异常的现象，据说他们观测到了数百次这样的现象。最终，在2019年的时候，他们正式公布了这个新的发现，轰动了世界，甚至在美国有线电视新闻网（Cable News Network，缩写：CNN）得到了一次重点报道。

随着人类科学的不断发展，我们已经深刻认识到宇宙的复杂性远远不是现在的人类所能理解的。一百多年前开尔文爵士宣称的基本已经完成的物理学大厦，如今仍然残留许多未解之谜等待科学家去破解。鉴于他被打脸的经验，人类从来不会否认第五种力、物质第五种状态这种可能性的存在。正是因为这个原因，这一次的发现才能引起如此广泛的注意。

有一些物理学家就认为，暗物质的存在，或许就暗示着另一种人类未知的基本作用力。

实际上，匈牙利的这支团队并不是历史上第一批宣布发现可能发现第五种作用力的人。比如在2000年左右，有一个团体提出了第五种力的概念，以解释当时新发现的暗能量。更早的言论甚至在20世纪80年代就出现了，当时麻省理工学院的一群物理学家说，他们发现了第五种力，被称为超电荷，可以提供一种和引力相反的作用力。但是，所有这些“发现”，最终都归于沉寂。我们所相信的，仍然是四大基本作用力。

那么，这一次的发现，是否可以改变这一现状呢？

遗憾的是，一些和这支匈牙利科学团队有联系的科学家们也尝试过做相关实验，虽然有些人宣布自己也发现了这个粒子，但是最终这些粒子和现象都消失了。

这样的结果让很多物理学家不能接受，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）理论物理学家丹尼尔·阿尔维斯（Daniele Alves）就表示：“从粒子物理学的角度来看，这种异常现象时隐时现，多年以来的经验告诉我们，不要太执着于某种解释，最重要的是把问题的根源搞清楚。”

即便如此，这次发现对于物理学家来说，仍然是令人兴奋不已的消息。虽然有些人持怀疑态度，但大家基本上都相信：即使这个X17粒子并没有被证明和第五种基本作用力相关，但它也极有可能揭示一些以前从未听说、并且非常重要的物理秘密。甚至还有一种可能，就是这种粒子与暗能量乃至大统一理论相关。何况，目前我们也没有完全推翻他们的发现，这个粒子和第五种基本作用力的存在可能性并不是0。

正所谓：“you can you up, no can no bibi。”阿尔维斯已经提议，和她的团队一起重复匈牙利这支团队的实验。众所周知，洛斯阿拉莫斯国家实验室是世界上第一枚原子弹的诞生地。自从奥本海默、爱德华·泰勒和欧内斯特·劳伦斯等人建立后，这座实验室一直是世界上最强大的实验室之一。目前，阿尔维斯已经提交了资金申请，等待审批后展开实验。同样的，世界上其他几家实验室也有意从事这项研究，希望能够打开物理学大厦的一座新的大门。

相信对于每一个人来说，都期待着看到第五种作用力现身的一天。但科学是严谨的，我们非要拿出确凿无疑的证据，才能确立新的物理准则。还是我们前面说的那句话，宇宙中充满了我们未知的秘密，我们甚至可以推测，第六种、第七种基本作用力也未必就不可能存在，但是需要人类更先进的科技才能检测到。

丹尼尔·阿尔维斯

而新的作用力的出现，势必又是对大统一理论的一次挑战。我们目前尚且不能把引力和其他三种力统一起来，而新的作用力恐怕更是“跳出三界外，不在五行中”。新的大统一理论，长途漫漫。