多年来，对暗物质以及我们期望伴随它的相关粒子和力的寻找，已经出现了无数次虚假的曙光。尽管我们尽了最大努力，但构成这种隐形物质的任何证据——据信是已知宇宙中绝大多数物质——仍然难以捉摸。但是，一个匈牙利研究团队在 2015 年提出，他们发现了一种粒子，称为 X17，它可能以某种方式与暗物质相互作用。最近，在第二次实验中，该团队表示他们有新的 X17 粒子证据，这将改变我们所知的物理学。但并非所有人都信服，新的实验计划正在进行中，以找出真相。
在发布于 预印本服务器 arXiv.org 上的一篇尚未经过同行评审的论文中，匈牙利科学院核研究所（也称为 Atomki）的阿提拉·克拉斯纳霍凯及其同事报告了新的发现。早在 2015 年，该团队观察了铍-8 核的衰变，发现过程中喷射出的电子和正电子对（电子的反物质对应物）与神秘的额外粒子 X17 粒子的额外衰变一致，该粒子的质量约为 1700 万电子伏特 (MeV)。现在研究人员表示，他们再次看到了这种粒子的证据，但这次是在氦-4 核的衰变中。“我们研究了高能核态的衰变，首先是在铍-8 中，然后最近是在氦-4 中，”克拉斯纳霍凯说。“我们得到了预测和实验数据之间的一个短暂差异，一个异常。为了理解这种异常，我们假设存在一种新粒子，它在原子核中产生并喷射出来，然后衰变为电子-正电子对。”
Atomki 的实验装置包括用质子轰击靶标以检查其核衰变。这种技术与通常的粒子探测方法（例如日内瓦附近 CERN 的大型强子对撞机 (LHC)）有所不同，后者以高能量将粒子碰撞在一起，并观察碰撞中发射出的粒子。然而，Atomki 过程提供了一种独特的方法来寻找意外的粒子。麻省理工学院理论物理中心的杰西·塔勒说，17 MeV 的尺度“很难使用大型强子对撞机进行探测，因为大型强子对撞机往往在更高的能量下运行”，他没有参与这项实验。
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自从匈牙利团队在 2015 年发表第一篇论文以来，其他科学家试图寻找 X17 粒子的证据，但都失败了。然而，2016 年的一项外部 分析 提出，如果这种粒子真的存在，它可能是假定的自然界“第五种力”的证据，特别是与暗物质相关的。“第五种力实际上意味着存在一种新的粒子，它介导新的相互作用或新的力，”洛斯阿拉莫斯国家实验室的粒子物理学家丹妮尔·阿尔维斯说，她没有参与匈牙利团队的工作。“这种粒子有可能是一个更大的‘暗区’的一部分，这意味着它也可能与暗物质粒子相互作用。它可能是通往这个区域的门户。”
哈佛大学的理论物理学家马特·斯特拉斯勒也未参与匈牙利团队的研究，他指出，这种粒子将是“我们完全不了解的宇宙某些方面的窗口”，具有巨大的意义。“它不仅显然会获得诺贝尔奖，因为它将是一种新的[基本]粒子，而且这种特殊的粒子不符合现有的粒子表，”他说。“标准模型，所有现有的基本粒子，构成了一本有点封闭的书。[但是] X17 与物质的相互作用要弱得多。这表明它不是标准模型结构的一部分。它与物质的相互作用是通过一些我们尚不知道的其他故事。”
然而，这种粒子的存在绝非确定。迄今为止只有匈牙利团队能够发现它，这一事实引起了一些科学家的警觉，表明数据可能可以用其实验装置的故障来解释。斯特拉斯勒指出，该粒子假定的特性要求它具有一些奇怪的特征。“要建立数学方程式，其中粒子的中子和电子的相互作用比质子和中微子的相互作用更强，结果证明这并非易事，”他说。“这只是让这个故事变得有些难以置信。”
然而，这种评估并不意味着其他科学家没有尝试寻找 X17。CERN 的 NA64 合作组织之前曾尝试寻找该粒子的迹象，但失败了。但是，当 LHC 的升级在大约明年完成时，科学家们计划使用 大型强子对撞机底夸克实验 (LHCb)，该实验研究另一种称为底夸克的粒子，以查看神秘的 X17 是否会出现。“根据我们的研究，LHCb 实验应该能够在 [2023 年] 之前收集到足够的数据，以便对 X17 [粒子] 做出明确的声明，”塔勒说。
阿尔维斯和她的同事正在探索利用洛斯阿拉莫斯寻找该粒子的可能性。“我们正在调查洛斯阿拉莫斯为其他目的进行的一些研究是否也可以重新用于寻找这种新粒子的迹象，”阿尔维斯说，她指出他们寻找的方法与匈牙利团队的方法有所不同。“匈牙利人研究了两种核跃迁，一种是在铍-8 中，另一种是在氦-4 中，”她说。“我们将研究中子俘获反应中粒子的产生，当一个中子被另一个原子核俘获时，在这个过程中，它可能会发射出东西。它可能发射的最常见的东西是光子，但也可能发射出这种新的 X17 粒子。”
尽管怀疑论依然高涨，但对于 X17 粒子的可能性仍然存在相当大的兴奋。可能需要数年时间我们才能确定它是否真的存在，但如果它确实存在，那将预示着物理学的一个全新分支，以及一个窥探未知的机会。“当然，我确信 [它存在]，”克拉斯纳霍凯说。“但我有很多强烈的批评者。”