X17粒子,可能是“第五種力”的載體,或將能揭開暗物質之謎!

科學家現在發表了一項研究,暗示了一種以前不為人知的

亞原子粒子

的存在,該團隊在2016年首次報告發現了這種粒子的痕跡,現在他們在另一個不同的實驗中報告了更多痕跡。如果結果得到證實,所謂的“

X17粒子

”可以幫助解釋暗物質,科學家們認為

暗物質

佔宇宙質量的80%以上,它可能是“

第五種力

”的載體,而不是標準物理模型中的四種力(引力、電磁力、弱核力和強核力),大多數尋找新粒子的科學家都使用了加速器。

將亞原子粒子高速碰撞在一起,然後觀察爆炸產生的結果。其中最大的加速器是歐洲的大型強子對撞機(LHC),科學家們數十年來一直在尋找的粒子

希格斯玻色子

(Higgs Boson)就是在2012年被發現。Attila J。Krasznahorkay和在ATOMKI(匈牙利德布勒森核研究所)的同事們採取了不同方法,進行了更小的實驗,將被稱為質子的亞原子粒子發射到不同原子的原子核。2016年,他們觀察了當鈹-8原子核從高能態進入低能態時產生的電子和正電子對。

撞碎原子

當電子和正電子之間有一個大角度時,發現與預期看到的有偏差。如果原子核發射出一種未知的粒子,然後這種粒子“分裂”成一個電子和一個正電子,那麼這種反常現象就可以得到最好的解釋。這個粒子必須是玻色子,這是一種能傳力的粒子,它的質量大約是1700萬電子伏特。這大約相當於34個電子的質量,對於這樣的粒子來說是相當輕的。例如,希格斯玻色子質量就是它的一萬多倍,由於它的質量,Krasznahorkay和研究團隊將這種假想的粒子命名為X17。

X17粒子,可能是“第五種力”的載體,或將能揭開暗物質之謎!

現在他們在氦-4核中觀察到了一些奇怪的行為,這也可以用X17的存在來解釋。這一最新的異常在統計上具有重要意義——7西格瑪置信水平,這意味著結果偶然發生的可能性非常小。這遠遠超出了新發現通常的5西格瑪標準,所以結果似乎表明這裡有一些新的物理學。然而,新的研究報告和2016年的報告遭到了物理學界的質疑,這種質疑在2012年兩個團隊同時宣佈發現希格斯玻色子時並不存在。那麼,為什麼物理學家們很難相信像這樣的新輕量級玻色子會存在呢?

X17粒子,可能是“第五種力”的載體,或將能揭開暗物質之謎!

首先,這類實驗比較困難,對資料的分析也很困難,訊號可以出現和消失。例如早在2004年,Debrecen的研究小組就發現了他們認為可能存在更輕玻色子的證據,但當他們重複實驗時,訊號消失了。其次,需要確保X17的存在與其他實驗結果是相容的,在這種情況下,2016年鈹的結果和氦的新結果,都可以用X17的存在來解釋,但仍然需要獨立小組的獨立檢查。

這和暗物質有什麼關係?

Krasznahorkay和團隊於2012年在義大利的一個研討會上,首次報告了新玻色子的弱證據(三西格瑪水平)。從那時起,研究小組使用升級的裝置重複了實驗,併成功地重現了鈹-8的結果,這是令人放心的,就像氦-4的新結果一樣。

X17粒子,可能是“第五種力”的載體,或將能揭開暗物質之謎!

這些新結果在堪培拉澳大利亞國立大學舉行的HIAS 2019年研討會上發表。科學家們相信宇宙中的大部分物質,對我們來說是看不見的。所謂的暗物質只會非常微弱地與正常物質相互作用,可以從它對遙遠恆星和星系的引力效應中推斷出它的存在,但它從未在實驗室中被檢測到。

那麼X17從何而來呢?

在2003年,Boehm證明了像X17這樣的粒子可以存在,在與Pierre Fayet和Alone合著的一年級中,它將在暗物質粒子之間傳送力,就像光子或光粒子對普通物質所做的那樣。在新研究提出的其中一個場景中,輕量級暗物質粒子有時可以產生電子和正電子對,其方式類似於Krasznahorkay團隊所看到的。這種情況導致了許多低能量實驗中的搜尋,這排除了很多可能性。

需要更多證據

然而,X17還沒有被排除,在這種情況下,Debrecen小組可能確實已經發現了暗物質粒子是如何與我們的世界相互作用的。雖然來自Debrecen的結果非常有趣,但物理界在得到獨立確認之前,不會確信確實發現了新的粒子。所以我們可以期待世界上許多正在尋找新輕量級玻色子的實驗,開始尋找X17以及它與電子和正電子對相互作用的證據。如果得到確認,下一個發現可能是暗物質粒子本身。

X17粒子,可能是“第五種力”的載體,或將能揭開暗物質之謎!

博科園|文:Celine Boehm and Tibor Kibedi/The Conversation

參考期刊《arXiv》

Cite: arXiv:1910。10459

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