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第五种自然力?欧洲核子研究中心的理论粒子研究再次取得进展!

2019-12-02 16:05:01 来源:前瞻网   阅读量:4.22万

第五种自然力?欧洲核子研究中心的理论粒子研究再次取得进展!

欧洲核子研究中心的NA64实验(图片:欧洲核子研究中心)

一种未知粒子可能携带着第五种自然力的新证据,这为欧洲核子研究中心的NA64合作项目提供了继续进行研究的新动力。

2015年,一组科学家在核跃迁过程中发现了一个意想不到的故障,或者说“异常”,这个“异常”可以解释为产生了一个未知的粒子。大约在一年之后,理论家们认为这种新粒子可能是一种新基本自然力的证据。这些发现引起了全世界的关注,吸引了许多研究人员进行相关研究,并促进欧洲核子研究中心(CERN)的NA64合作机构对该粒子进行了直接研究。

而现在,由匈牙利原子研究所(Atomki )的Attila Krasznahorkay领导的同一个团队发表了一篇新的论文,论文报告在类似的核转变过程中出现了另一种异常,而且这种异常也可以用同样的假设粒子来进行解释。

Krasznahorkay的团队在铍-8原子核的核跃迁中发现了第一个异常。这种跃迁会释放出一种高能虚光子,这种高能虚光子会转变成电子和与电子相对应的反物质,也就是正电子。通过在分离的不同角度检查正负电子对的数量,研究人员在大约140º的分离角度发现了意料之外的顺差对。但按理论预测,正负电子对的数目会随分离角的增加而减少,而且并不会在某一特定角度上出现过剩。Krasznahorkay和他的同事推断,这种过剩可以通过一种质量约为1700万电子伏特(MeV)的新粒子来进行解释,也就是“X17”粒子,这种粒子可以转变为正负电子对。

Krasznahorkay的团队在一篇尚未经过同行评审的论文中报告了最新的异常,这次异常也以正负电子对过剩的形式出现,但这一次电子对过剩来自于氦-4原子核的跃迁过程。Krasznahorkay说:“在这种情况下,多余电子对出现在115º的分离角度,但它同样可以用一个质量为1700万电子伏特的粒子来解释,这个结果支持了我们之前的结论,同时也支持了一种新基本粒子存在的可能性。”

欧洲核子研究中心(CERN)NA64合作项目的发言人谢尔盖•格尼年科(Sergei Gninenko)表示:“匈牙利原子研究所发现的异常可能是由于实验效应、核物理效应或某种全新的东西(比如新粒子)引起的。为了验证它们是由一种新粒子引起的假设,对铍-8和氦-4结果之间的相容性进行详细的理论分析以及独立的实验确认非常重要。”

NA64合作项目使用超级质子同步加速器向固定目标发射数百亿电子束来寻找X17。如果X17确实存在的话,电子和目标原子核之间的相互作用有时就会产生这种粒子,然后它会转变成正负电子对。到目前为止,研究人员还没有发现这种事件发生的迹象,但他们的数据集使得他们可以排除X17和电子之间相互作用的强度的部分可能值。该团队现在正在升级他们的探测器,以便进行下一轮的研究,格尼年科说,下一轮研究预计将更具挑战性,但同时也更令人兴奋。

在其他直接寻找X17的实验还有LHCb实验。来自麻省理工学院的理论物理学家Jesse Thaler说:“到2023年,LHCb实验应该能够做出决定性的测量,届时,LHCb实验将可以确认或者反驳匈牙利原子研究所认为原子异常是由一种新基本力所引起的这个观点。与此同时,像NA64这样的实验可以继续为假设粒子的性质排除可能值,无论多么渺茫,每一项新的分析都会增加发现粒子的可能性。”

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