作者:Philip Tanedo 来源:arXiv 发布时间:2016/7/12 22:21:58
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放射衰变异常或暗示匈牙利科学家发现新基本作用力

匈牙利德布勒森市核研究所物理学家用这个叫作正负电子能谱仪的装置发现了新粒子的证据。图片来源:MTA-Atomki
 

匈牙利一个实验室在放射衰变中发现了一种异常现象。物理学家表示,如果相关发现站得住脚,这可能标志着发现了此前尚未知晓的自然界第五种基本作用力。

匈牙利科学院德布勒森市核研究所的Attila Krasznahorkay和同事分别于2015年和今年1月在生物预印本服务器arXiv.org以及《物理评论快报》上,报告了其作出的一项惊人发现。该研究提出自然界中存在一种质量比电子仅重34倍的新光玻色子,而该粒子一直被科学界忽视。

4月25日,一个美国理论物理学家团队在arXiv上发表了对于该粒子的分析,从而让这一发现受到更广泛的关注。这些物理学家认为,这些数据与此前的实验并不冲突,并总结称它可能是第五种基本作用力存在的证据。“我们让它变得不再默默无闻。”加州大学尔湾分校物理学家、arXiv报告第一作者Jonathan Feng说。

4天后,Feng的两名同事在加州斯坦福直线加速器中心(SLAC)的一次研讨会上讨论了这一发现。研究人员虽然仍有疑虑,但对这一想法非常兴奋,弗吉尼亚州托马斯·杰弗逊国家电子加速器实验室物理学家Bogdan Wojtsekhowski说。“参加研讨会的很多人都在设法通过不同的方式检验它。”他说。欧洲和美国的物理学团队表示,他们应该在1年内对匈牙利的这项实验进行确定或反驳。

引力、电磁力以及强、弱核力被认为是物理学界现存的四种基本作用力,但是研究人员曾提出第五种基本作用力的观点一直未能被确认。在过去数十年,由于粒子物理标准模型不能解释暗物质——认为构成宇宙物质80%的一种看不见的物质,因此寻找新作用力的研究逐渐升温。理论物理学家曾提出各种各样的奇异粒子和作用力载流子,其中包括模拟携带电磁力的常规光子的“暗光子”。

Krasznahorkay 表示,他们的团队在搜寻暗光子的证据,但是Feng的团队认为,前者发现的是不同的东西。匈牙利研究团队向极薄的靶标锂-7发射光子,形成了不稳定的核子铍-8,该粒子会衰变并形成正负电子对。根据标准模型,物理学家应该看到,随着分离正负电子的轨道倾角增大,观测到的离子对应该减少。但是该团队报告称,在位于140度倾角时,形成的电子对增加了,当电子对的数量与倾角相对立时,形成了高峰。

Krasznahorkay表示,这一峰值是以稳定的核子铍-8在不足一分钟的时间内以一种新粒子的形式分散掉多余能量的有力证据。他和同事对该粒子的质量进行了计算,约为17兆电子伏。

“我们对自己的实验结果非常有信心。”Krasznahorkay说。他表示,研究人员在过去3年中已经重复了若干次实验,剔除了任何可能出现的错误。若真如此,该团队表示,如果没有意外,出现这一极端现象的几率为两千亿分之一。

Feng及其团队则表示,17兆电子伏的粒子并非暗光子。经过对该异常现象进行分析并寻找与此前实验结果相一致的特征,他们总结认为该粒子可能是“疏质子X玻色子”。这样的粒子会携带极短距离的作用力,仅能在相当于若干个原子核宽度的距离内产生影响。Feng表示,他的团队正在寻找其他能够解释这一异常现象的粒子,但是疏质子玻色子是“最直接的潜在粒子”。

研究人员或许要不了多久就能发现,17兆电子伏的粒子是否存在。杰弗逊实验室的“暗光”实验旨在通过向氢气靶标发射电子,寻找质量在10至100兆电子伏之间的暗光子。现在,该合作实验发言人、麻省理工学院的Richard Milner表示,实验将优先靶向17兆电子伏的粒子,并将在1年时间内,或是找到这个粒子,或是就其与常规物质的耦合设定更加严格的界线。

此外,瑞士日内瓦欧盟粒子物理实验室欧洲核子研究委员会也将通过底夸克实验装置(LHCb)寻找该玻色子。石溪大学纽约分校理论物理学家、SLAC研讨会组织者Rouven Essig也认为,该玻色子“某种程度上出乎预料”的特点可能难以被确定,但是他对相关验证表示支持。“如果不通过其他实验验证这一结果才令人觉得疯狂。”他说,“自然界以前也让我们觉得出乎意料。”(来源:中国科学报 红枫)

 
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