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    粒子物理学 粒子物理学 关注:81 内容:27

    X17粒子,可能是“第五种力”的载体,或将能揭开暗物质之谜!

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      Lv.6原子
      VIP2
      牛顿

      科学家现在发表了一项研究,暗示了一种以前不为人知的亚原子粒子的存在,该团队在2016年首次报告发现了这种粒子的痕迹,现在他们在另一个不同的实验中报告了更多痕迹。如果结果得到证实,所谓的“X17粒子”可以帮助解释暗物质,科学家们认为暗物质占宇宙质量的80%以上,它可能是“第五种力”的载体,而不是标准物理模型中的四种力(引力、电磁力、弱核力和强核力),大多数寻找新粒子的科学家都使用了加速器。

      X17粒子,可能是“第五种力”的载体,或将能揭开暗物质之谜!

      将亚原子粒子高速碰撞在一起,然后观察爆炸产生的结果。其中最大的加速器是欧洲的大型强子对撞机(LHC),科学家们数十年来一直在寻找的粒子希格斯玻色子(Higgs Boson)就是在2012年被发现。Attila J.Krasznahorkay和在ATOMKI(匈牙利德布勒森核研究所)的同事们采取了不同方法,进行了更小的实验,将被称为质子的亚原子粒子发射到不同原子的原子核。2016年,他们观察了当铍-8原子核从高能态进入低能态时产生的电子和正电子对。

      撞碎原子

      当电子和正电子之间有一个大角度时,发现与预期看到的有偏差。如果原子核发射出一种未知的粒子,然后这种粒子“分裂”成一个电子和一个正电子,那么这种反常现象就可以得到最好的解释。这个粒子必须是玻色子,这是一种能传力的粒子,它的质量大约是1700万电子伏特。这大约相当于34个电子的质量,对于这样的粒子来说是相当轻的。例如,希格斯玻色子质量就是它的一万多倍,由于它的质量,Krasznahorkay和研究团队将这种假想的粒子命名为X17。

      X17粒子,可能是“第五种力”的载体,或将能揭开暗物质之谜!

      现在他们在氦-4核中观察到了一些奇怪的行为,这也可以用X17的存在来解释。这一最新的异常在统计上具有重要意义——7西格玛置信水平,这意味着结果偶然发生的可能性非常小。这远远超出了新发现通常的5西格玛标准,所以结果似乎表明这里有一些新的物理学。然而,新的研究报告和2016年的报告遭到了物理学界的质疑,这种质疑在2012年两个团队同时宣布发现希格斯玻色子时并不存在。那么,为什么物理学家们很难相信像这样的新轻量级玻色子会存在呢?

      X17粒子,可能是“第五种力”的载体,或将能揭开暗物质之谜!

      首先,这类实验比较困难,对数据的分析也很困难,信号可以出现和消失。例如早在2004年,Debrecen的研究小组就发现了他们认为可能存在更轻玻色子的证据,但当他们重复实验时,信号消失了。其次,需要确保X17的存在与其他实验结果是兼容的,在这种情况下,2016年铍的结果和氦的新结果,都可以用X17的存在来解释,但仍然需要独立小组的独立检查。

      这和暗物质有什么关系?

      Krasznahorkay和团队于2012年在意大利的一个研讨会上,首次报告了新玻色子的弱证据(三西格玛水平)。从那时起,研究小组使用升级的设备重复了实验,并成功地重现了铍-8的结果,这是令人放心的,就像氦-4的新结果一样。

      X17粒子,可能是“第五种力”的载体,或将能揭开暗物质之谜!

      这些新结果在堪培拉澳大利亚国立大学举行的HIAS 2019年研讨会上发表。科学家们相信宇宙中的大部分物质,对我们来说是看不见的。所谓的暗物质只会非常微弱地与正常物质相互作用,可以从它对遥远恒星和星系的引力效应中推断出它的存在,但它从未在实验室中被检测到。

      那么X17从何而来呢?

      在2003年,Boehm证明了像X17这样的粒子可以存在,在与Pierre Fayet和Alone合著的一年级中,它将在暗物质粒子之间传送力,就像光子或光粒子对普通物质所做的那样。在新研究提出的其中一个场景中,轻量级暗物质粒子有时可以产生电子和正电子对,其方式类似于Krasznahorkay团队所看到的。这种情况导致了许多低能量实验中的搜索,这排除了很多可能性。

      需要更多证据

      然而,X17还没有被排除,在这种情况下,Debrecen小组可能确实已经发现了暗物质粒子是如何与我们的世界相互作用的。虽然来自Debrecen的结果非常有趣,但物理界在得到独立确认之前,不会确信确实发现了新的粒子。所以我们可以期待世界上许多正在寻找新轻量级玻色子的实验,开始寻找X17以及它与电子和正电子对相互作用的证据。如果得到确认,下一个发现可能是暗物质粒子本身。

      X17粒子,可能是“第五种力”的载体,或将能揭开暗物质之谜!

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

      参考期刊《arXiv》

      Cite: arXiv:1910.10459

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      Lv.0量子泡沫
      什么是:质量是伏特哈哈
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