匈牙利核物理研究所的物理学家发现放射性衰变中的异常现象，这可能意味着自然界中除了四种基本力之外还存在第五种基本相互作用。
匈牙利核物理研究所的物理学家表示发现正电子的物理学家，他们通过这种电子-正电子谱仪发现了新粒子。图片来源：MTA-
2015年，匈牙利物理学家在电子-正电子能谱仪中发现了一种不寻常的放射性衰变，他们认为这代表了一种新粒子，但现在一群美国理论物理学家认为它可能代表自然界的第五种相互作用。
由匈牙利科学院核物理研究所牵头的团队于2015年在预印本网站arXiv上公布了这一发现，并于今年1月在《物理评论快报》（PRL）上发表论文。不过这篇声称发现质量仅比电子重34倍的玻色子的论文并未引起学界太多关注。
然而一个月前（4月25日），一组美国理论物理学家在arXiv上发表了一篇新论文，重新分析了匈牙利团队的数据，发现他们的结果与任何已知实验均不冲突，并进一步推断他们可能发现了第五种基本相互作用。“我们让原本难以解释的数据变得更加清晰了。”这篇arXiv论文的第一作者、加州大学欧文分校物理学家冯孝任说。
四天后，冯氏团队的两名成员在美国 SLAC 国家加速器实验室举办的研讨会上报告并讨论了这一发现。一位与会的托马斯·杰斐逊国家加速器实验室的研究人员透露，当时其他研究人员持怀疑态度，但对这个想法感到兴奋。“许多与会者正在考虑如何通过独立方法验证这一结果，”他说。来自欧洲和美国的团队表示，他们可以在大约一年内证实或证伪匈牙利团队的实验结果。
寻找新力量
物理学理论中有四种基本相互作用：引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用，但许多研究人员提出了第五种相互作用，但目前还没有强有力的证据。在过去的十年里，由于粒子物理学的标准模型无法解释暗物质（一种占宇宙物质总质量 80% 以上的看不见、摸不着的物质）的存在，对新基本相互作用的搜索愈演愈烈。理论物理学家提出了各种奇异物质粒子和载力粒子，包括“暗光子”。普通光子是电磁相互作用的载体，而根据他们的理论，暗光子是这种新相互作用的载体。
匈牙利团队称，他们正在寻找这样的暗光子，而冯孝任则认为，匈牙利团队发现了别的东西。后者的实验是将质子轰击到薄薄的锂-7靶上，会产生不稳定的铍-8原子核，并发射正电子-电子对。按照标准模型，发射的正电子-电子对的轨道夹角越大，其数量就越少，但该团队发现，在夹角为140°时，正电子-电子对的数量出现了一个不寻常的“凸起”，之后随着夹角的增大而减少。
“我们对这一发现非常有信心。”
研究人员认为，这一“凸起”强烈表明铍-8分裂成新粒子，然后衰变为电子-正电子对。他们计算出新粒子的质量约为17MeV（兆电子伏特）。
研究团队表示：“我们对这一发现非常有信心。”在过去三年中，他们多次重复了这项实验，排除了所有可能的错误来源。如果他们说的是真的，那么这个“异常”实验结果纯属偶然的概率只有 2000 亿分之一。
冯孝任认为，这个17MeV的例子并不是所谓的“暗光子”。他们在对“异常凸起”进行分析，并与之前的实验结果进行对比后，认为这种粒子可能是“质子保留X玻色子”。这类粒子传递的是极短程的相互作用，作用距离只有原子核直径的几倍。此外，暗光子可以与电子和质子耦合，而这种新玻色子则与电子和中子耦合。冯孝任团队仍在分析是否有其他粒子可以解释这种异常现象，但质子保留X玻色子仍是能最简单地解释该现象的可能理论。
非常规耦合
麻省理工学院 (MIT) 理论物理学家杰西对此持怀疑态度。他说：“冯氏团队提出的耦合非常不寻常，如果我要在标准模型中添加一些东西来解释它，这不会是我提出的第一个想法。”不过，他仍在关注这一提议：“也许这可能是我们第一次瞥见可见宇宙之外的物理世界。”
研究人员很快就能验证这种新的17MeV粒子是否确实存在。上文提到的杰斐逊加速器实验室正在进行一项名为“暗光”的实验，通过电子轰击氢靶来寻找质量在10到之间的暗光子。该项目发言人麻省理工学院表示，他们将优先考虑17MeV区域，大约一年后就能找到匈牙利团队所描述的粒子，或者至少对其与普通物质的耦合设定严格的限制。
欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的 LHCb 实验正在研究夸克-反夸克衰变，它也将寻找玻色子，欧洲的另外两个实验也将寻找玻色子，它们将向固定目标发射正电子：一个在罗马附近的弗拉斯卡蒂国家实验室（将于 2018 年启动），另一个在俄罗斯西伯利亚的布德克尔核物理研究所。
埃西格是纽约州立大学石溪分校的理论物理学家，也是 SLAC 研讨会的组织者之一。他表示，新玻色子的“意想不到的性质”将使物理学家很难证实它的存在，但他欢迎大家对其进行测试。“如果不再做一次实验来测试这个结果发现正电子的物理学家，那将是疯狂的，”他说，“毕竟，大自然给了我们各种各样的惊喜！”
作者：Edwin
丁嘉琪 译
韩晶晶审阅
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