论文榜首作者Krasznahorkay（图右）
规范模型，无疑是现代物理学的重要柱石。依据这个模型，自然界存在四种根本相互效果——引力、电磁力、弱核力和强核力，这是许多读者耳熟能详的常识。最近，一支来自匈牙利的研讨团队提出，他们在粒子磕碰试验中，找到了一种全新的粒子——X17。并且，这种奥秘粒子发作的相互效果，无法经过已知的根本相互效果来解说。也便是说，假如定论得到证明，这将是超呈现有知道的第五种相互效果。这个惊人的定论，是诺奖等级的打破，仍是意外发作的假数据？
撰文 | 张华
修改 | 吴非
新粒子X17
早在2015年，这些来自匈牙利核科学研讨所和德布勒森大学的物理学家就初次提出了质量为17 MeV（兆电子伏特）的新粒子。
其时，为了寻觅或许的暗物质候选粒子，研讨团队在试验室顶用高速质子束碰击3号元素锂原子。在磕碰进程中，一些锂原子核吸收了质子，变成4号元素铍。
被撞出来的铍具有放射性，它很快发作衰变。经过足够多的试验数据收集，这些物理学家观察到，衰变除了发作一个安稳的铍原子，还生成了一个奥秘的粒子X。这个粒子随后割裂为一个电子和一个正电子。
试验进程示意图，来历：Krasznahorkay et al., 2015
而在丈量这对正负电子间的别离视点时，研讨人员发现了一个不同寻常的现象：别离视点在140°的正负电子失常丰厚。这时，他们意识到，这个失常的背面，或许是一种躲藏了全新物理规则的不知道粒子。
140°时，正负电子对的数量呈现了一个峰值，来历：Krasznahorkay et al., 2015
这个能裂变成正负电子对的奥秘粒子X，究竟是什么？物理学家首要想到了光子，但很快，这个选项就被扫除了。
中科院理论物理研讨所的杨金民研讨员告知《举世科学》：“这个X粒子的速度很慢，所以它不是光子。假如是光子的话，由于光子的速度很快，其割裂发作的正负电子的夹角也不或许到达140°。”
已然暂时无法归类于已知粒子，匈牙利研讨小组将这种X粒子命名为X17，由于它的停止质量近似为17 MeV，这是一种质量为33倍电子质量的新粒子。
第五种相互效果？
在这项研讨被《物理谈论快报》接纳、宣布之后，物理学家意识到，X17不仅是一种新粒子——假如它的存在得到证明，这种粒子更预示了逾越规范模型的第五种相互效果。
为了解说这样的一个问题，咱们应该首要了解X17的自旋。前面提到，X17的裂变产品是正电子与负电子，而电子与正电子的自旋都等于1/2。依照自旋角动量的组成准则，新粒子的自旋或者是0，或者是1。也便是说，X17应该是一种玻色子（量子自旋数为整数的粒子），而玻色子是可以传递相互效果的。
那么，X17的自旋究竟是0仍是1？假如X17的自旋等于0，那么它应该是相似于希格斯粒子那样的标量粒子；假如自旋等于1，那么它应该是相似于光子的矢量粒子。
经过μ子的失常磁矩等试验，物理学家证明了X17自旋为0的或许性很小。也便是说，X17的自旋状况根本确定为1了。那么，这种粒子又是怎么传递相互效果的？
咱们咱们都知道，依据现在的粒子物理学规范模型，存在四种根本的相互效果：引力、电磁力、弱核力（导致放射性衰变）和强核力（使原子核结合在一起）。
其间，传递电磁相互效果的光子现已在上文中被扫除。而在其他三种相互效果中，传递引力的引力子的自旋等于2，首要被扫除。传递弱相互效果的W与Z粒子，以及传递强相互效果的胶子自旋都为1，契合条件。可是，胶子与光子的状况相似：其静质量为0，与X17的质量不契合；而W与Z粒子的质量远远大于17 MeV，相同不满足X17的条件。
2017年，加州大学欧文分校的华人物理学家Jonathan L. Feng等人，在一项宣布于《物理谈论D》的研讨中，经过理论模型给出了全新的解说。他们将X17解说为暗光子（一般叫Z'）。Z'传递的相互效果相似电磁效果，但绝不是电磁效果，因而这是超呈现有模型的第五种相互效果。在现在的模型中，这种暗光子也可以构建一个新的暗物质模型。
现在，存在第五种相互效果的或许性无法被扫除。粒子物理的规范模型只能解说物理学家现已观察到的物质，但咱们咱们都知道世界的大部分质量是“暗物质”，暗物质粒子究竟是什么，现在还不清楚。或许，暗物质粒子就与这个新发现的X17粒子存在联络。
可是，X17粒子的存在，却没有正真取得世界上其他物理学家的承认。尽管匈牙利团队的论文现已宣布，却一向没有其他团队跟进。
新的试验依据
最近，匈牙利研讨团队经过一项氦原子核的跃迁试验，再次验证了自己4年前的发现。这次，他们把锂元素换成了氚。用质子束击中氚靶后，氚吸收一个质子并转变成氦。随后，氦发作了衰变。在衰变进程中，构成能量为21 MeV的激发态，随后转变成一对正负电子。他们丈量了正负电子对之间的夹角后，在115°处再次看到了电子-正电子对数量的峰值。这种现象，相同可以终究靠一个停止质量为17 MeV的不知道粒子来解说。
试验在115°时再次呈现峰值，来历：Krasznahorkay et al., 2019
这项研讨没有正式宣布，但现已被研讨团队上传至物理预印本文库。这篇论文再次证明了自己此前的定论，相当于给自己做了一个对照试验。
这个定论看上去令人兴奋，但需求着重的是，现在事态还不明亮。或许，正如一些报导所言，这或许会是一个诺奖等级的发现。但在此之前，必须有其他独立的研讨团队重现这个试验成果，以保证没有一点试验特定的过错源发作假信号。费米试验室的资深科学家Don Lincoln就提示咱们，在物理学的历史上，有过许多令人激动的惊人定论，但当咱们进一步审视这些研讨，它们大多都宣告幻灭。
所以，现在说X17必定存在还为时尚早，而“X17预示了第五种相互效果”，也仅仅是一个理论猜测。这些定论，都需求时刻的查验。无论怎么，物理学便是这样缓慢行进的，真实的科学发现往往是孤单的，也或许无人喝彩。或许，就像历史上的一些先例，物理学的打破就在不经意间发作。
《科学美国人》诺奖得主
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