科學家們早就認識到有四種“基本力量”支配著自然。我們宇宙的物質被這些力吸引到一起,或者被這些力推開,而這些力似乎無法被還原為粒子之間更基本的相互作用。
四種力中包括引力和電磁力,這些力能產生重要的遠距離相互作用,其影響可以在日常生活中直接觀察到。還有兩種力被稱為強相互作用力和弱相互作用力,它們在微小的亞原子距離上產生力并支配核物理。

多年來,有很多未經證實的觀點聲稱自然中存在第五種基本力量, 然而長期尋找暗物質的努力卻沒有結果。暗物質是一種理論中存在的物質,據推測占宇宙總質量的85%,但至今尚未被發現。為了填補粒子物理標準模型無法解釋的空白,科學家們付出了更多努力來尋找新的力量。
現在關于自然界第五種基本力存在的新線索,再次來自匈牙利的一個實驗室。匈牙利原子研究所的撒茲納霍凱博士和他的同事花了數年時間研究鈹-8的放射性衰變,這是一種不穩定的同位素。
2016年,他們公布了一項奇怪發現的細節,表明它是由一種此前未知的粒子引起的。現在同樣的研究人員又發現了另一個異常現象,這次是激發態的能量轉換。匈牙利原子核研究所的科學家們相信,他們可能已經發現了更多的確鑿證據,證明了先前不為人知的第五種基本的自然力量。該研究10月23日發表在Arxiv論壇上。

自從劍橋建造了第一個粒子加速器,在20世紀30年代發現鈹-8以來,這種不穩定原子的存在及其衰變的獨特方式,一直是與恒星核合成有關的眾多研究的焦點:恒星中的核聚變究竟是如何形成元素的?
2015年研究人員發現, 當質子向形成鈹8的鋰7同位素發射質子時,隨后的粒子衰變并沒有完全產生預期的光發射,并且發生了特定的微小“碰撞”。這個發現當時科學家無法解釋。

如果光的能量足夠大,它就會轉變成電子和正電子,它們會以一個可預測的角度相互推開,然后消失。根據能量守恒定律,隨著產生兩個粒子的光的能量增加,它們之間的角度應減小。至少從統計學上講是這樣。然而匈牙利的研究人員卻發現隨著原子的衰變而分離的電子和正電子數量出現了意想不到的增長,它們經常以140度的夾角相互推開。
這項研究發現似乎足夠有力,并很快引起了全球其他研究人員的注意,他們認為可能是一種全新的粒子造成了這種異常。
在同一間實驗室進行的各種重新測試也都證實了這一結果。一年后同樣的實驗再次進行,在美國也得到了同樣的結果。當原子衰變時,其組成部分之間的過剩能量會短暫地產生一個新的未知粒子,然后該粒子幾乎立即衰變為一個可識別的正電子和電子對。但這并不意味著我們將都將會被徹底改變或被壓扁。

幸運的是,在過去的幾年里卡撒茲納霍凱博士的團隊并沒有坐享其成。從那以后,他們把研究重點從鈹-8的衰變轉移到一個被激發的氦原子核的狀態變化上。而且他們的研究有了新的進展。
他們已經在穩定的氦原子中測量到了同樣的結果,只是氦原子中的電子和正電子并沒有以140度的角度分離,而是更接近115度。這一特征與在鈹-8中觀察到的異常相似,而且看起來與新發現的玻色子衰變的假設一致。
這種全新的未知粒子被稱為“疏質子X玻色子”(protophobic X boson),它所攜帶的力在微觀距離上的作用并不比原子核大多少。該粒子被命名為X17,因為它的質量被計算為17兆電子伏特。

所有跡象都表明玻色子是某種新的第五力量的載體。但是物理學家并沒有急于過早地慶祝該發現。尋找一個新粒子一直是物理學上的重大新聞,并且需要進行大量審查,更不用說重復實驗了。
該研究小組在論文中總結說:我們期待在未來幾年里,X17粒子將會得到更多的獨立實驗結果。作為正式粒子,將其添加到任何物質模型中還有很長的路要走。
如果全新粒子的存在得到證實,這意味著物理學家們將不得不重新評估粒子物理學現存的四種基本力之間的相互作用,并為第五種力騰出空間。或許科學家們能更好地了解控制宇宙的力量,一個全新的基本粒子還可以徹底幫助科學家揭開暗物質的神秘面紗,而X17正是我們所想要的。