物理学家表示，匈牙利的一项实验室实验发现了一种放射性衰变异常，这可能是以前未知的第五种自然基本力的标志——如果这一发现成立的话。
匈牙利科学院位于德布勒森的核研究所的阿提拉·克拉斯纳霍凯及其同事在2015年在arXiv预印本服务器上报告了他们令人惊讶的结果，并在今年1月发表在期刊《物理评论快报》上。但这份报告——提出了存在一种新的、仅比电子重34倍的轻玻色子的观点——在很大程度上被忽视了。
然后，在4月25日，一组美国理论物理学家通过在arXiv上发表他们自己对该结果的分析，引起了更广泛的关注。理论家们表明，该数据与之前的任何实验都没有冲突，并得出结论，这可能是第五种基本力的证据。加州大学欧文分校的arXiv报告的主要作者乔纳森·冯说：“我们把它从相对默默无闻中带了出来。”
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四天后，冯的两位同事在加利福尼亚州门洛帕克的SLAC国家加速器实验室的一个研讨会上讨论了这一发现。弗吉尼亚州纽波特纽斯的托马斯·杰斐逊国家加速器设施的物理学家博格丹·沃伊特塞霍夫斯基说，那里的研究人员对此想法持怀疑态度，但感到兴奋。“研讨会的许多参与者正在考虑不同的方法来验证它，”他说。欧洲和美国的团队表示，他们应该能够在一年左右的时间内确认或反驳匈牙利的实验结果。
寻找新的力
引力、电磁力以及强核力和弱核力是物理学已知的四种基本力——但研究人员多次提出过尚未证实的第五种力的主张。在过去十年中，由于粒子物理学标准模型无法解释暗物质——一种被认为占宇宙质量80%以上的不可见物质——对新力的研究有所增加。理论家们提出了各种奇异物质粒子和力的载体，包括类似于携带电磁力的常规光子的“暗光子”。
克拉斯纳霍凯说，他的团队正在寻找这种暗光子的证据——但冯的团队认为他们发现了一些不同的东西。匈牙利团队用质子轰击薄的锂-7靶，产生了不稳定的铍-8核，然后铍-8核衰变并喷射出成对的电子和正电子。根据标准模型，物理学家应该看到，随着电子和正电子轨迹之间的夹角增大，观测到的电子对的数量会下降。但该团队报告说，在大约140°时，这种发射的数量会跃升——当成对的数量与角度绘制在一起时会产生一个“驼峰”——然后在更高的角度下再次下降。
置信度中的驼峰
克拉斯纳霍凯说，这个驼峰有力地证明了一小部分不稳定的铍-8核以新粒子的形式释放了多余的能量，然后该新粒子衰变为电子-正电子对。他和他的同事计算出该粒子的质量约为17兆电子伏特 (MeV)。
“我们对我们的实验结果非常有信心，”克拉斯纳霍凯说。他说，该团队在过去三年中多次重复了测试，并且已经消除了所有可以想象的误差来源。该团队表示，假设它确实做到了这一点，那么如果在没有任何异常情况发生的情况下看到如此极端的异常现象的可能性约为2000亿分之一。
冯及其同事表示，17兆电子伏特的粒子不是暗光子。在分析了该异常现象并寻找与先前实验结果一致的性质后，他们得出结论，该粒子可能是一种“憎质子X玻色子”。这种粒子将携带一种作用范围非常短的力，其作用距离仅为原子核宽度的几倍。暗光子（如常规光子）会耦合到电子和质子，而新的玻色子会耦合到电子和中子。冯说，他的团队目前正在研究其他可能解释该异常现象的粒子。但他认为，憎质子玻色子是“最直接的可能性”。
非常规耦合
马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院 (MIT) 的理论物理学家杰西·塔勒说，冯的团队提出的非常规耦合让他怀疑新粒子的存在。“如果允许我随意扩充标准模型，这肯定不是我首先会写下来的东西，”他说。但他补充说，他正在“关注”这一提议。“也许我们正在看到我们第一次瞥见可见宇宙之外的物理学，”他说。
研究人员应该不必等待太久就能知道17兆电子伏特的粒子是否真的存在。杰斐逊实验室的DarkLight实验旨在通过用电子轰击氢气靶来寻找质量为10-100兆电子伏特的暗光子。现在，该合作项目的发言人、麻省理工学院的理查德·米尔纳说，它将优先关注17兆电子伏特的区域，并且在大约一年内，要么找到所提出的粒子，要么对其与正常物质的耦合设定严格的限制。
同样在寻找所提出的玻色子的还有位于日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室CERN的LHCb实验，它将研究夸克-反夸克的衰变，以及两个将正电子轰击固定目标的实验——一个在罗马附近的INFN弗拉斯卡蒂国家实验室，定于2018年启动；另一个在俄罗斯西伯利亚城镇新西伯利亚的布德克核物理研究所。
纽约州石溪大学的理论物理学家、SLAC研讨会的组织者之一鲁文·埃西格认为，该玻色子“有些出乎意料”的特性使其不太可能得到证实。但他欢迎进行测试。“不做另一个实验来验证这个结果是很疯狂的，”他说。“大自然以前也让我们感到惊讶！”
本文经许可转载，并于2016年5月25日首次发表。