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betway必威官网手机版德雷斯顿市科学技能局,如

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-07-27 13:28

(王劈柴/编译)来自匈牙利的科学家在实验中观测到了放射性衰变中的一个异常现象,这或许意味着一种前所未知的自然界第五大基本力的存在——如果这项发现是正确的话。

据美国加州大学尔湾分校官网消息,该校理论物理学家在最新一期的美国《物理评论快报》杂志中指出,匈牙利科学院核科学家数月前称,可能发现了一种未知的亚原子粒子。他们对研究结果进行梳理后认为,这一亚原子粒子并非物质粒子,而有可能是自然界中存在第五种力的证据。 该研究负责人、物理和天文学教授冯孝仁说:数十年来,我们知道自然界中存在四种基本力:引力、电磁力、强核力(又叫强相互作用力,是四种基本力中最强的)和弱核力。如果我们的结论获得证实,那将是革命性的。第五种力将彻底改变我们对宇宙的理解,导致力和暗物质的统一。 匈牙利科学家去年进行的实验是为了搜寻暗光子,也可能意味着占宇宙总质量85%左右的看不见的暗物质,他们却发现了反常现象:可能存在一种质量为电子30多倍的新的光粒子。冯孝仁解释称:匈牙利科学家只看见了反常现象,表明可能存在一种新粒子,但他们并不清楚它是物质粒子还是携带力的粒子。 随后,UCI团队对匈牙利科学家的数据及该领域所有其他实验数据进行了核查,结果表明,这种粒子不是暗光子,可能是疏质子的X玻色子,指向第五种力。普通的电力是电子和质子相互作用的结果,而新发现的玻色子仅同电子和中子相互作用,且作用范围十分有限。该研究联合作者、物理和天文学教授蒂莫西泰特说:我们已观察到的玻色子中都没有这一属性,故而也称其为X玻色子。X意味着未知。 冯孝仁指出,该粒子一直很难被发现,其相互作用非常微弱,所以,进一步研究至关重要。实验室已经拥有了制造其所需要的能量,全球科学家都能对匈牙利科学家的结论进行跟踪分析。 这一发现可能开启一个完全不同的领域。冯孝仁感兴趣的一个方向是,这种潜在的第五种力可能同电磁力、强核力及弱核力结合形成一种更大、更基本的力。来源:科技日报

据美国加州大学尔湾分校官网消息,该校理论物理学家在最新一期的美国《物理评论快报》杂志中指出,匈牙利科学院核科学家数月前称,可能发现了一种未知的亚原子粒子。他们对研究结果进行梳理后认为,这一亚原子粒子并非物质粒子,而有可能是自然界中存在第五种力的证据。 该研究负责人、物理和天文学教授冯孝仁说:数十年来,我们知道自然界中存在四种基本力:引力、电磁力、强核力(又叫强相互作用力,是四种基本力中最强的)和弱核力。如果我们的结论获得证实,那将是革命性的。第五种力将彻底改变我们对宇宙的理解,导致力和暗物质的统一。 匈牙利科学家去年进行的实验是为了搜寻暗光子,也可能意味着占宇宙总质量85%左右的看不见的暗物质,他们却发现了反常现象:可能存在一种质量为电子30多倍的新的光粒子。冯孝仁解释称:匈牙利科学家只看见了反常现象,表明可能存在一种新粒子,但他们并不清楚它是物质粒子还是携带力的粒子。 随后,UCI团队对匈牙利科学家的数据及该领域所有其他实验数据进行了核查,结果表明,这种粒子不是暗光子,可能是疏质子的X玻色子,指向第五种力。普通的电力是电子和质子相互作用的结果,而新发现的玻色子仅同电子和中子相互作用,且作用范围十分有限。该研究联合作者、物理和天文学教授蒂莫西泰特说:我们已观察到的玻色子中都没有这一属性,故而也称其为X玻色子。X意味着未知。 冯孝仁指出,该粒子一直很难被发现,其相互作用非常微弱,所以,进一步研究至关重要。实验室已经拥有了制造其所需要的能量,全球科学家都能对匈牙利科学家的结论进行跟踪分析。 这一发现可能开启一个完全不同的领域。冯孝仁感兴趣的一个方向是,这种潜在的第五种力可能同电磁力、强核力及弱核力结合形成一种更大、更基本的力。来源:科技日报

据美国加州大学尔湾分校官网消息,该校理论物理学家在最新一期的美国《物理评论快报》杂志中指出,匈牙利科学院核科学家数月前称,可能发现了一种未知的亚原子粒子。他们对研究结果进行梳理后认为,这一亚原子粒子并非物质粒子,而有可能是自然界中存在第五种力的证据。

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【高能物理预警】下文有大量玻色子出没,记不住粒子名字的可以先看太长不看版Q&A

Q:是大新闻吗?
A:如果他们没搞错,那就是大新闻,顶级的大新闻。其他物理学家正在验证他们有没有搞错。

Q:到底有多大?
A:就像第一个希腊人发现原来世界不光是由地水火风组成的。

Q:(小声)那应该是啥
A:世界由很多基本粒子组成,但粒子间还有相互作用力。过去我们以为一共只有四种力。引力让地球不散架,电磁力让人不散架,强力让原子核不散架,弱力做一些别的奇怪的事情。现在,我们可能找到了第五种作用力。
betway必威官网手机版 2目前物理学界公认的四大基本力。图片来源:phdcomics

Q:那科学家是不是吓尿了?现代物理学是不是全错了?
A:其实并没有,因为我们已经知道物理学是不完整的。比如宇宙里有个东西叫做暗物质,它占了宇宙的80%质量。看起来它有可能就受到了一种额外的未知的力(但也可能没有)。所以过去这几年其实研究者一直在找有没有第五种力。

Q:而现在找到了?
A:也许吧。物理学家是观察到了奇怪的现象,针对它的验证也将在一年内完成,但是这个现象就算是真的,也不一定是因为第五种力。

Q:你们物理学家咋这么磨叽啊,就不能一次给个准信儿?
A:那得怪自然界的秘密藏太深,报道上出了偏差可负不起责任。

匈牙利国家科学院核子研究所的阿提拉•卡撒兹纳霍凯(Attila Krasznahorkay)和其同事首先于2015年将他们的惊人结果发表在了arXiv论文预印本网站上,又于今年一月正式发表在了《物理评论快报》上。这篇论文认为存在一种新的轻玻色子,只比电子重34倍,但这一报告没有引起大规模关注。

接下来,一组美国理论物理学家于4月25日在arXiv上发表了自己对这一结果的分析,使这项发现得到了更广泛的关注。他们证明,这些数据与之前的实验都不冲突,并得出结论称这有可能是第五基本作用力存在的证据。“我们让它变得相对不那么隐晦了,”这份arXiv报告的第一作者、加州大学欧文分校的冯孝仁这样说。

四天之后,冯的两位同事在SLAC国家加速实验室的交流会上讨论了这项发现。来自托马斯•杰斐逊国家加速器实验装置的物理学家博格丹•沃切豪斯基(Bogdan Wojtsekhowski)说,会上的研究者对此发现持怀疑态度, 但是依然感到很兴奋。 “交流会的许多与会者正在构思不同的方法来检验这个发现,”他说。欧洲和美国的团队表示,他们应该能在大约一年以内证实或证伪匈牙利的实验结果。

该研究负责人、物理和天文学教授冯孝仁说:“数十年来,我们知道自然界中存在四种基本力:引力、电磁力、强核力(又叫强相互作用力,是四种基本力中最强的)和弱核力。如果我们的结论获得证实,那将是革命性的。第五种力将彻底改变我们对宇宙的理解,导致力和暗物质的统一。”

2012年4月26日,隶属于欧洲核子研究组织(CERN)大型强子对撞机(LHC)的六大实验之一——紧凑渺子线圈(CMS,Compact Muon Solenoid)实验向arXiv递交了 研究 论文稿 ,研究者表示,发现了一种新的名为b Ξ^*粒子的重子(Ξ是大写的ξ,可读“可see”或者“sai”,是希腊字母表第14个字母)。最常见的重子有质子和中子,新发现的粒子类似于中子和质子,是由夸克组成的,但很不稳定。

寻找新的基本力

引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力是物理学家已知的四种基本力,但研究者也曾提出过许多目前尚未证实的、关于第五种力的推断。在过去的十年间,由于粒子物理标准模型难以解释暗物质——一种被认为占宇宙质量80%以上的不可见物质,对新基本力的研究陡然增多。理论学家提出了各种异常物质(exotic-matter)粒子和载力子(force-carrier),包括 “暗光子”——这是在类比能传递电磁力的正常光子。

卡撒兹纳霍凯称,他的团队当时在寻找的就是这种“暗光子”——但冯的团队认为他们找到的是另一种东西。匈牙利团队用质子轰击锂-7薄靶,制造出不稳定的铍-8核,铍-8核会发生衰变,并释放成对的电子和正电子。根据标准模型,随着电子和正电子轨迹之间的角度增加,物理学家观测到的正负电子对的数量应该降低。但研究团队报道称,在二者成大约140°角时,这样的正负电子对数量突增——在正负电子对随角度变化的曲线上制造了一个“凸起”——当角度继续增大,正负电子对的数量又重新降低。

betway必威官网手机版 3在140度左右,释放出的正负电子对数量增加了。图片来源:arxiv.org/abs/1504.01527v1

卡撒兹纳霍说,这个“凸起”有力地证明,不稳定的铍-8核中有一小部分以一种新粒子的形式释放了多余的能量,这种新粒子进一步衰变成了正负电子对。他和同事计算得出,这种粒子的质量大约是17兆电子伏(MeV)。

“我们对我们的实验结果非常有信心,”卡撒兹纳霍说。他说,研究团队在过去的三年中将测试重复了许多遍,并且排除了所有可以想象的误差。研究团队说,如果真的排除了误差,那么观测到如此极端的现象但却没有异常的现象发生的概率是两千亿分之一。

冯和他的同事则认为这个17MeV的粒子不是暗光子。在对异常现象进行分析,并寻找了与前人的实验结果相一致的特征之后,冯的团队得出结论,认为这种粒子可能是一种“疏质子X玻色子”(protophobic X boson)。这种粒子传递的可能是一种只在原子核宽度数倍以内的距离中起作用的极短程力。暗光子(和常规光子一样)与电子和质子耦合,而这种新的玻色子则会与电子和中子耦合。冯说,他的团队目前正在研究其他可以解释这项异常的粒子,但是疏质子玻色子是“最直接的可能性”。

匈牙利科学家去年进行的实验是为了搜寻“暗光子”,也可能意味着占宇宙总质量85%左右的看不见的暗物质,他们却发现了反常现象:可能存在一种质量为电子30多倍的新的光粒子。冯孝仁解释称:“匈牙利科学家只看见了反常现象,表明可能存在一种新粒子,但他们并不清楚它是物质粒子还是携带力的粒子。”

b Ξ^*粒子是由一名叫欧内斯特(Ernest Aguiló)的博士后发现的,他在能量为7万亿电子伏的质子-质子碰撞实验的数据中偶觅此新粒子衰变的迹象,这些数据是2011年紧凑渺子线圈实验在碰撞中搜集的,当时主要是为寻找希格斯玻色子,总共大约有5.3 femtobarn^(-1),这个奇怪的单位意味着这些数据记录下了高达8亿次成功的质子-质子碰撞。

非常规耦合

来自麻省理工学院(MIT)的理论物理学家耶西•泰利尔(Jesse Thaleer)称,冯的团队提出的非常规耦合让他怀疑新粒子是否存在。“如果我能随心所欲地修改标准模型,这肯定不是我会写下的第一件事,”他说。但是他补充说他“正关注着”这种说法。“也许这是我们对超越可见宇宙的物理学的第一瞥。”他说。

研究者应该很快就能发现17MeV的粒子是否真的存在。杰斐逊实验室设计的“暗光”(DarkLight)实验通过向氢气靶轰击电子,寻找质量在10-100MeV之间的暗光子。MIT的合作发言人理查德•米尔纳(Richard Milner)称,现在,实验会将17MeV范围设定为首要目标,在约一年以内,暗光实验要么可以发现这种粒子,要么能对它与普通物质的耦合设定严格的限制。

betway必威官网手机版 4匈牙利国家科学院核子研究所的物理学家使用了正负电子谱仪。图片来源:MTA-Atomki

其他将要搜寻该玻色子的还包括欧洲核子研究中心(CERN),他们的LHCb实验将会研究夸克-反夸克衰变;此外还有两项正电子轰击固定靶标的实验——一项将在罗马附近的意大利核物理研究院(INFN)弗拉斯卡蒂国家实验室进行,预定2018年启动;另一项将在俄罗斯新西伯利亚西伯利亚城的布德克尔核物理研究所进行。

betway必威官网手机版,纽约石溪大学的理论物理学家、同时也是SLAC工作交流会组织者之一的鲁文•艾西格(Rouven Essig)认为,这种玻色子“有些意想不到”的特性使得理论很难被证实。但是他欢迎各项测试。“不做其他实验来检验这个结果那是发疯,”他说。“自然界以前就给过我们惊喜!”(编辑:Ent)

随后,UCI团队对匈牙利科学家的数据及该领域所有其他实验数据进行了核查,结果表明,这种粒子不是暗光子,可能是“疏质子的X玻色子”,指向第五种力。普通的电力是电子和质子相互作用的结果,而新发现的玻色子仅同电子和中子相互作用,且作用范围十分有限。该研究联合作者、物理和天文学教授蒂莫西·泰特说:“我们已观察到的玻色子中都没有这一属性,故而也称其为‘X玻色子’。X意味着‘未知’。”

b Ξ^*粒子为重子中的级联粒子的一种,由一个上夸克和一个奇夸克,外加一个底夸克构成,前两种较轻,后一种较重,简称usb(up strange bottom,质子是uud,中子是udd),被归结到Ξ粒子的大家庭是因为该重子只有一个上或者下夸克,被称为b粒子是因为包含一个底夸克。同时b Ξ^*粒子并不带电,自旋为3/2。b Ξ^*粒子和强子对撞机各大实验主要寻找的希格斯玻色子不同,它并不是基本粒子,是由基本粒子构成的复合粒子。

冯孝仁指出,该粒子一直很难被发现,其相互作用非常微弱,所以,进一步研究至关重要。实验室已经拥有了制造其所需要的能量,全球科学家都能对匈牙利科学家的结论进行跟踪分析。

betway必威官网手机版德雷斯顿市科学技能局,如证实将改成对自然界的知道。另外,很早之前物理理论已经预测到了b Ξ粒子的存在,并且早在1995年就已经被大型正负电子对撞机观测到,2007-2011年费米实验室的兆破天对撞机也 观测 到过,这次观测到的粒子特别之处在于其处于激发态,具有3/2的自旋(相比以前的1/2)。

betway必威官网手机版德雷斯顿市科学技能局,如证实将改成对自然界的知道。这一发现可能开启一个完全不同的领域。冯孝仁感兴趣的一个方向是,这种潜在的第五种力可能同电磁力、强核力及弱核力结合形成“一种更大、更基本的力”。

此次发现依然尽在标准模型掌握之中,所以高能物理界并不是那么兴奋(那位博士后哥们应该挺兴奋的),不过对物理学家更好地了解强作用力(目前所知四大基本作用之一)会有所帮助。 地球又度过了平静的一天。

作者注:为什么我说那位博士后哥们会很兴奋的原因大约是,某些粒子并不能直接被探测到,因为该粒子同希格斯波色子一样并不稳定,所以我们只能去观测该粒子理论所预测的衰变产物,但一种产物也可能是由其他粒子衰变得来的,而且可能性之多令人绝望,寻找就变成了数百亿数据的人肉统计。欲知详情,可以参看这个 博客 。

作者: MathChief
图片: CERN

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