光子探測：宇宙或存在第五種基本力

　據英國每日郵報報道，去年十二月大型強子對撞機（LHC）似乎發現了比希格斯玻色子（Higgs boson）更重的粒子的跡象。目前模型無法解釋這顆粒子的存在，它可能導致發現一整套全新粒子的，甚至可能發現第五種基本力。

　　去年在日內瓦大型強子對撞機產生的數據裏，兩次單獨的測量發現了一顆疑似粒子，後者似乎比希格斯玻色子重六倍。如果這顆粒子被證實是真實存在而非測量波動所致，那麽它將是一項巨大的新發現。

　　佛羅倫薩意大利國家核物理學學會的研究科學家米歇爾-雷迪（Michele Redi）博士在期刊《科學美國人》上寫道，暗示的新粒子或可能在“未來數周甚至數天內”被證實。“如果它是真的存在，我們將在基礎物理學曆史上書寫全新的篇章，”雷迪博士說道。“我們無法想象這項發現將引發多少新發現。我們將很快知道答案。”

　　“大型強子對撞機能夠進行粒子碰撞並提供新的實驗數據，”歐洲粒子物理研究所（CERN）的發言人這樣說道。“超環麵儀器(ATLAS)和緊湊渺子線圈(CMS) 將合作分析這些數據，為2016年芝加哥ICHEP會議做準備，如果他們獲得了足夠的數據和新發現，那時候就能一見分曉。”

　　“我認為至少需要幾周時間更新結果，因為我們需要小心翼翼分析數據。它可能會超出標準模型所定義的，甚至可能是一套全新粒子的冰山一角。” 英國國王學院的理論物理學家約翰-埃利斯（John Ellis）教授這樣說道，“前提是它存在！”

　　ATLAS和CMS兩個探測器都將通過計算產生兩個光子的粒子衰變來尋找新的物理學。測量光子是檢測新物理學的好方法，因為光子容易被檢測到，同時物理學家也知道預計結果是什麽。這兩個探測器都觀測到光子。

　　當粒子衰變成光子，它們會釋放出相當於自身質量乘以光速平方的能量。我們都熟悉愛因斯坦的方程，然而最新觀測與之並不符合，這意味著產生這些光子的粒子仍是未知，它釋放出的能量相當於自身質量。“它的重量為750千兆電子伏，大約比希格斯玻色子重六倍，大約比質子重800倍。” 埃利斯說道。希格斯玻色子的發現最初也源於相似的“測量波動”。但現在的差異在於希格斯玻色子的存在已經被預測了。然而，標準模型並未預測這顆粒子——如果它存在的話——因此它或將為物理學家開啟一個全新的未被探索的世界，甚至促進新型粒子的發現。

　　標準模型認為宇宙萬物都是由名為基本粒子的最基本建構單元組成，它們是由四種力主導：引力、電磁力、微弱的核力和強大的核力。這些力的作用範圍和強度各不相同。最新發現的這顆粒子——如果存在的話——並不符合標準模型的描述，因此可能開啟新的粒子物理學。有些人預測它或可能導致第五種力的發現。“這是可能的，但至少要有一套未知的粒子來解釋這種新粒子是如何衰變的，以及如何產生的。” 埃利斯說道。這一發現非常令人激動，因為標準模型裏仍有一些問題未被解答，科學家們迫不及待的想要找到新理論。例如，它無法解釋引力，因為它與我們對引力工作原理的解釋並不兼容，它也無法解釋暗物質粒子。

　　用於描述極小粒子的量子理論和描述宏觀世界的廣義相對論都很難調和。在標準模型下這兩種理論從數學角度都無法兼容。根據大爆炸理論，宇宙伊始創造了相同量的物質和反物質，所以它們應該在宇宙存在的第一秒就相互湮滅。這意味著宇宙應該全是光，而幾乎沒有其它東西。然而，事實並非如此，一定是物質和反物質之間存在細微差別，從而導致宇宙裏出現物質剩餘，組成了我們看到的恒星，我們生活的行星以及我們人類自身。

　　然而，目前的觀測遠不足以證實粒子的存在。CERN的物理學家需要確定這些觀測並非偶然，所以他們收集了更多數據以調查是否會再次觀測到這顆粒子。然而，並非每個人都信服。“我並未從大型強子對撞機數據裏看到有統計學意義的波動，指向一種新粒子的存在。” 研究CMS探測器的帕特裏克-加諾（Patrick Janot）教授說道。

　　大型強子對撞機在四月開始了更多粒子碰撞，或可能證實或者否決這種粒子存在的結果很快將揭曉。“暑假你將聽到確切的陳述，” 加諾教授在今年三月如是說。

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