可能已經發現的第五種基本作用力對物理學會產生什麼影響？

01-11

Has a Hungarian physics lab found a fifth force of nature? : Nature News Comment

以前，高能物理學家經常吐槽說別人是低能物理學家

沒想到，新物理可能還真的是低能的

如果被證明為真

彷彿看到了一大波延期畢業的博士生=_=

隨手先翻譯了一點：

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在匈牙利的一個實驗中，有放射性衰變的反常現象被觀測到。有物理學家評論，如果實驗結果被證實，那麼可能預示著自然中未知的第五種基本力的存在。

2015年，位於Debrecen的匈牙利科學院核研究所的Attila Krasznahorkay與他的同事將他們的驚人發現發在arXiv上，並於今年一月份正式發表在Physical Review Letters上。這篇報告設想了一種新的輕玻色子的存在，這種玻色子的質量僅僅是電子的34倍。然而這篇報告被很多人忽視了。

到了4月25日，一組美國的理論物理學家在arXiv掛出了論文，才使得前者受到更廣泛的關注。理論物理學家們證明了實驗數據並不與任何之前的實驗相矛盾，並得出結論：這可能是第五種力存在的證據。供職於加州大學、同時也是arXiv上的這篇論文的主要作者Jonathan Feng說道：「我們改變了它（前者）默默無聞的狀態。」

四天以後，Feng的兩個同事在位於California, Menlo Park的SLAC國家加速器實驗室的研討會討論了這些發現。那裡的研究人員在持懷疑態度的同時，也對這個想法感到興奮。Thomas Jefferson 國家加速器中心的物理學家Bogdan Wojtsekhowski接受Newport News的採訪時說：「研討會中許多人在考慮用不同的方式去檢驗實驗結果。」歐洲和美國的團隊表示可以在一年內確認或反駁匈牙利科學家的實驗結果。

開始以為是四元素，後來修正一下五行勉強勉強，再後來，算了，畫個表吧。。。

開始以為是一個輪，後來加輪，繼續加輪，keep on加輪，加加加！算了，棄坑～靠！新坑更大！自殺算了。。。

如果你沒有蘇軾這樣的朋友，做前沿是很危險的，起碼你產生「寄蜉蝣於天地，渺滄海之一粟，哀餘生之須臾，羨長江之無窮」的感慨時沒人來安慰你灌醉你然後撿你屍體～

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我們都知道廣義相對論揭示了質量與空間存在某種關聯。如果質量只是空間的一種幾何形式呢？如果物質的相互作用只是空間的幾何關係呢？

也就是說，不是質量讓空間彎曲，而是空間的彎曲表現為質量呢？

弦理論還需要構建一個「弦」，如果連這個概念也剃掉，將「物質」與「作用」統一到「空間」呢？

第五種力？

只是說明現有理論對核力的解釋不合理罷了。當然如果堅持同位旋理論是完全正確的，中子、質子是核力無區別的，那它就是第五種力（實驗結果表明顯然是有區別的）。

不管怎樣，這提醒了實驗物理學家，低能領域還有很多等待發現的新物理，而這些現象在高能物理中是看不到的（被背景淹沒了）。如果物理學界籍此重新審視標準模型，那麼可能會迎來一次大的物理界變革，當然事情也可能是另一個樣子——給標準模型打幾個補丁。

只是給了答主一個不同於主流期待的回答，不喜勿噴。我個人並不相信夸克真實存在，對高能實驗的解釋要保持與低能實驗的一致性，用夸克模型解釋實驗結果是非常值得懷疑的。當然用「第五種力」一切矛盾就解決了，再加一組常數，標準模型自由參數從19個增加到22個。

全文中英翻譯在分隔符下方的位置，大家注意啦！

先介紹一點大統一論的背景。

談到基本自然力，就不能不提到愛因斯坦，這位物理學天才將後半生的心血花費在了統一宇宙中的基本自然力，稱為大統一理論（GUT），是將萬有引力、電磁相互作用、弱相互作用及強相互作用統一起來的理論。雖然已經製作了幾個模型，但仍是未完成的理論。電磁相互作用與弱相互作用的統一已經由電弱統一理論（GWS）完成。在四種基本作用力中，強相互作用力最強，萬有引力最弱。如果將強相互作用力的強度規定為1，那麼電磁力就是1/137，弱相互作用力就是10的－13次方，萬有引力就是10的－39次方。萬有引力和電磁力是長程力，其作用距離在理論上講可以抵達無窮遠處，傳遞它們的作用的"媒介"粒子是沒有靜止質量的引力子和光子。而強相互作用力和弱相互作用力都是短程力，它們的作用距離分別只有10-15厘米和10-17厘米，傳遞它們作用的"媒介"粒子是有質量的膠子和玻色子W+，W-，Z0粒子。

在愛因斯坦剛建立廣義相對論的年代，弱相互作用和強相互作用尚未登場。愛因斯坦想將電磁力融入廣義相對論的引力框架中，以達到統一基本自然力的目的。(修正一下：經 @盧健龍的評論指正，將愛因斯坦的時代普遍認為宇宙中只有四種基本自然力改為上述內容)

另：美國德克薩斯大學的史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）教授是當代登峰造極的理論物理學家之一，於1967年將電磁力與弱核力統一在一起，並榮獲1979年諾貝爾物理學獎。

是的，作為一個普通的物理學愛好者，也許對這樣的消息，心裡只是想著，如果真的能發現第五種基本自然力對物理學來說肯定是件好事，雖然並不知道有什麼用，但是內心總是有種莫名的感覺——

這個世界在我們有生之年又往前進了一大步，這種感覺就像為什麼我們也同樣熱烈關注著新智能手機的誕生、無人駕駛技術、人工智慧等等新鮮事物一樣，我們所有人的好奇心驅動著整個人類文明的發展。

———————————————————————————————分隔符在此，大家好~下面還是看正經的原文和翻譯吧。

『附全文中英翻譯，已仔細修改中文翻譯內容，如有翻譯不當之處歡迎指正。還有因原文版權原因，英文與中文翻譯僅供各位朋友參考和理解，任何人不得轉載！』

Ps：非常感謝各位關於翻譯不當之處的指正，尤其是陳銳（由於他的用戶信息艾特不到，大家可以到評論區找到他。）和@AmFCG（修改部分主要參考了這位知友的翻譯，感謝。）二位，歡迎大家關注他（她）們，以便在物理學方面找到更為專業人士的見解。

略長，大家耐心看完核心部分內容，來討論這個大問題就好，謝謝。

(若能贊同和感謝本答案，感激不盡。)

正文：

《一個匈牙利物理實驗室發現了第五種基本自然力？》

Has a Hungarian physics lab found a fifth force of nature?

Radioactive decay anomaly could imply a new fundamental force, theorists say.

理論物理學家們說：「放射性衰變異常」可能意味著一種新的基本自然力。」

A laboratory experiment in Hungary has spotted an anomaly in radioactive decay that could be the signature of a previously unknown fifth fundamental force of nature, physicists say – if the finding holds up.

物理學家說，匈牙利的實驗室在實驗中發現了放射性衰變的異常，如果這項發現是這樣的話，這可能是一個特徵——關於先前未知的第五種基本自然力。

Attila Krasznahorkay at the Hungarian Academy of Sciences』s Institute for Nuclear Research in Debrecen, Hungary, and his colleagues reported their surprising result in 2015 on the arXiv preprint server, and this January in the journal Physical Review Letters But the report – which posited the existence of a new, light boson only 34 times heavier than the electron – was largely overlooked.

在匈牙利德布勒森科學院的核科學研究所，阿提拉Krasznahorkay和他的同事報告了他們這項令人驚訝的研究結果，2015年，在 arXiv預印本伺服器和今年一月的《物理》雜誌中評論敘述。但報告假定存在一個新的光玻色子只比電子重34倍，這一點在很大程度上被忽視了。

Then, on 25 April, a group of US theoretical physicists brought the finding to wider attention by publishing its own analysis of the result on arXivThe theorists showed that the data didn』t conflict with any previous experiments – and concluded that it could be evidence for a fifth fundamental force. 「We brought it out from relative obscurity,」 says Jonathan Feng, at the University of California, Irvine, the lead author of the arXiv report.

然後，在四月25日，一批美國理論物理學家帶來了引發更廣泛關注的發現——出版在《其對arXiv結果的分析》。理論物理學家們表明，該數據與任何先前的實驗沒有衝突，並得出結論，這可能是第五種基本自然力的證據。「我們讓它不再那樣默默無聞了。」喬納森峰說，加利福尼亞大學Irvine的論文報告的主要作者。

Four days later, two of Feng"s colleagues discussed the finding at a workshop at the SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, California. Researchers there were sceptical but excited about the idea, says Bogdan Wojtsekhowski, a physicist at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Newport News, Virginia. 「Many participants in the workshop are thinking about different ways to check it,」 he says. Groups in Europe and the United States say that they should be able to confirm or rebut the Hungarian experimental results within about a year.

四天後，和喬納森峰同一所大學的兩個同事討論在加利福利亞的SLAC國家加速粒子實驗室Menlo Park車間里的發現。他們對這個發現既抱有懷疑又十分興奮，一個研究人員說：「許多參加研討會的人都在考慮不同的方法來檢查它，而在歐洲和美國的小組說他們應該能夠在大約一年內證實或反駁匈牙利的實驗結果。」

尋找新的基本自然力量

Search for new forces

Gravity, electromagnetism and the strong and weak nuclear forces are the four fundamental forces known to physics — but researchers have made many as-yet unsubstantiated claims of a fifth. Over the past decade, the search for new forces has ramped up because of the inability of the standard model of particle physics to explain dark matter — an invisible substance thought to make up more than 80% of the Universe』s mass. Theorists have proposed various exotic-matter particles and force-carriers, including 「dark photons」, by analogy to conventional photons that carry the electromagnetic force.

重力、電磁力和強、弱核力是被物理學公認的四種基本自然力，但研究人員聲稱提出了許多到目前為止還未能確定的第五種基本自然力。在過去的十年中，對於第五種基本自然力的探究逐漸增加，因為粒子物理的標準模型無法解釋暗物質這個看不見的物質大約佔了宇宙質量的80%。理論物理學家們通過類比傳統光子攜帶的電磁力已經提出了各種外來物質粒子和力的載體，其中包括「暗光子」。

Krasznahorkay says his group was searching for evidence of just such a dark photon – but Feng』s team think they found something different. The Hungarian team fired protons at thin targets of lithium-7, which created unstable beryllium-8 nuclei that then decayed and spat out pairs of electrons and positrons. According to the standard model, physicists should see that the number of observed pairs drops as the angle separating the trajectory of the electron and positron increases. But the team reported that at about 140o, the number of such emissions jumps — creating a 『bump』 when the number of pairs are plotted against the angle — before dropping off again at higher angles.

krasznahorkay說他的小組正在尋找這樣一個暗光子，但喬納森峰團隊認為他們發現不同的東西。匈牙利團隊把質子發射在Li-7薄靶，以產生不穩定的beryllium-8核，然後衰退，吐出一對電子和正電子。根據標準模型，物理學家應該看到，觀察到的電子對的數目和下降的角度，還有分離的電子和正電子的軌跡的增加。但該小組報告說，在大約140o，電子發射的數量上升了，在電子對的數量相對角度的曲線上形成一個「凸起」，然後再隨著角度的上升而繼續下降。(答主吐槽一下：這句真心難翻譯。 (T＿T)還不知道準確率幾何，只能按照我這個水平所能理解的意思來翻譯了。已按評論區建議部分修改以便於大家理解，再次感謝指正的朋友。)

碰撞出來的信心

Bump in confidence

Krasznahorkay says that the bump is strong evidence that a minute fraction of the unstable beryllium-8 nuclei shed their excess energy in the form of a new particle, which then decays into an electron–positron pair. He and his colleagues calculate the particle』s mass to be about 17 megaelectronvolts (MeV).

krasznahorkay說碰撞的是強有力的證據，這表明了不穩定的原子核beryllium-8在瞬間落掉多餘的能量，以一個新粒子的形式，然後衰變為一個電子–正電子偶。他和他的同事們計算出粒子的質量大約是17 mega electron volts（兆電子伏）。

「We are very confident about our experimental results,」 says Krasznahorkay. He says that the team has repeated its test several times in the past three years, and that it has eliminated every conceivable source of error. Assuming it has done so, then the odds of seeing such an extreme anomaly if there were nothing unusual going on are about 1 in 200 billion, the team says.

「我們對我們的實驗結果很有信心，」krasznahorkay這樣說。他說這個團隊在過去三年里已經多次測試，它已經消除了每一個錯誤的來源。這個團隊說，假設它已經這樣做了，那麼看到這樣的極端異常的幾率，如果沒有什麼不尋常的事情發生，則是在2000億中的一個。(答主：正文翻譯以直譯為主，這句的意思就是沒啥意外的話，看到發生極端異常的概率為2000億分之一。)

Feng and colleagues say that the 17-MeV particle is not a dark photon. After analysing the anomaly and looking for properties consistent with previous experimental results, they concluded that the particle could instead be a 「protophobic Xboson」. Such a particle would carry an extremely short-range force that acts over distances only several times the width of an atomic nucleus. And where a dark photon (like a conventional photon) would couple to electrons and protons, the new boson would couple to electrons and neutrons. Feng says that his group is currently investigating other kinds of particles that could explain the anomaly. But the protophobic boson is 「the most straightforward possibility」, he says.

喬納森峰和他的同事說道，17兆電子伏特粒子不是一個暗光子。在分析異常和尋找與以前的實驗結果相一致的屬性之後，他們認為粒子是一個「疏質子 xboson」。這樣的粒子將攜帶一個非常短距離作用的力量，作用距離只有幾倍的原子核的寬度。而在一個暗光子（如常規的光子）將會耦合電子和質子，新的玻色子將耦合電子和中子。喬納森峰說，他的小組目前正在調查其他類型的粒子，也許可以解釋異常現象。但親質子玻色子是「最直接簡單的可能」。

非常規的耦合

Unconventional coupling

Jesse Thaler, a theoretical physicist at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, says that the unconventional coupling proposed by Feng』s team makes him sceptical that the new particle exists. 「It certainly isn』t the first thing I would have written down if I were allowed to augment the standard model at will,」 he says. But he adds that he is 「paying attention」 to the proposal. 「Perhaps we are seeing our first glimpse into physics beyond the visible Universe,」 he says.

傑西泰勒，麻省理工學院理論物理學家（MIT），說喬納森峰的團隊提出的非常規的耦合使他懷疑新的粒子存在。他說：「這當然不是如果我被允許隨意增添標準模型的話第一件會寫下來的事情」但他補充說，他是在「關注」這個提議。他說：「也許我們將看到的是第一次我們瞥見的物理超越了可見的宇宙。

Researchers should not have to wait long to find out whether a 17-MeV particle really does exist. The DarkLight experiment at the Jefferson Laboratory is designed to search for dark photons with masses of 10–100 MeV, by firing electrons at a hydrogen gas target. Now, says collaboration spokesperson Richard Milner of MIT, it will target the 17-MeV region as a priority, and within about a year, could either find the proposed particle or set stringent limits on its coupling with normal matter.

研究人員應該不用等太久以找出是否有17兆電子伏特的粒子真的存在。在傑佛遜實驗室進行的暗光實驗的目的是通過在一個氫氣目標上發射電子尋找10—100MeV質量的暗光子。現在，麻省理工學院的合作發言人米爾納李察說，這將把目標設在17個兆電子伏特的範圍內作為一個優先項，大約一年之內可以找到被提出的粒子，或者對其與正常物質的耦合設定嚴格的限制。

Also searching for the proposed boson will be the LHCb experiment at CERN, Europe』s particle-physics lab near Geneva, which will study quark–antiquark decays, and two experiments that will fire positrons at a fixed target — one at the INFN Frascati National Laboratory near Rome, due to switch on in 2018, and the other at the Budker Institute of Nuclear Physics in the Siberian town of Novosibirsk, Russia.

同時也會在日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室CERN LHCb實驗以尋找玻色子，這將用來研究夸克反夸克衰變——這兩個實驗是在一個固定的目標發射正電子。一個在羅馬附近的INFN Frascati國家實驗室，將在2018開始啟動，另一個在俄羅斯的新西伯利亞西伯利亞鎮核物理所。

Rouven Essig, a theoretical physicist at Stony Brook University in New York and one of the organizers of the SLAC workshop, thinks that the boson』s 「somewhat unexpected」 properties make a confirmation unlikely. But he welcomes the tests. 「It would be crazy not to do another experiment to check this result,」 he says. 「Nature has surprised us before!」

Rouven Essig，一名Stony Brook大學的理論物理學家也是SLAC研究會的組織者之一。認為玻色子的「有點意外」這一性質使得其不太可能得到證實。但他歡迎實驗。他說：「這將是一個瘋狂的實驗來檢驗這一結果，」他說，「自然使我們感到驚訝！「

Nature doi:10.1038/nature.2016.19957

看到粒子標準模型將被捅個大窟窿，很開心。

亞原子粒子根本無法直接觀測，卻根據能量反應創造出了一大堆的各種粒子，說真的，感覺有點像用正方體去搭建一個金字塔，無論把正方體做到多小，都搭建不出一個完美的四面體。

最討厭的是，一大批牛人把這個理論體系搞得精細無比，普通人已經完全無法搞懂了。甚至說，世界上已經沒有一個物理學家敢說，自己搞懂全部理論了……

真的，不知道這個牛角尖要鑽到什麼程度，他們才肯認輸轉向……

它就不能在我畢業後再被發現嗎(手動再見再見再見再見)

我的論文怎麼辦(手動再見再見再見再見)

影響很大。

同學們的物理題開始越來越複雜，越來越難了

《大統一理論》可能會和《統一公理體系》一樣無疾而終。

物理界的庫爾特·哥德爾你在哪裡？

給手機檔提供的谷歌翻譯（有修改）。

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在匈牙利的實驗室實驗中發現的放射性衰變的異常，可能是自然界的一個先前未知的第五種基本作用力的痕迹，物理學家說 - 如果發現被證實。

阿提拉Krasznahorkay和他的同事們在匈牙利科學院報告了令人吃驚的結果，而今年一月在雜誌物理評論快報正式發表。但報告-它假定一個新的光玻色子（比電子重只有34倍）的存在-這個報告在很大程度上被忽視。

隨後，4月25日，一批美國理論物理學家通過發表所帶來的發現，給arXiv上的結果帶來廣泛關注與分析。該理論表明，該數據並未與任何先前的實驗衝突-並得出結論，這可能是第五種基本力的證據。「我們帶來了它的相對默默無聞，」喬納森豐，加州大學歐文分校，該報告的arXiv的主要作者。

四天後，兩名鋒的同事在在SLAC國家加速器實驗室在加利福尼亞州門洛帕克的研討會討論的發現。那裡的研究人員對此持懷疑態度，但興奮的想法波格丹Wojtsekhowski，在紐波特紐斯，弗吉尼亞州的托馬斯·傑斐遜國家加速器設施的物理學家說。「在研討會上，許多與會者都在思考不同的方式來檢查它，」他說。在歐洲和美國的團體說，他們應該能夠證實或約在一年內推翻了匈牙利的實驗結果。

重力，電磁學和強，弱核力是已知的物理學的四種基本力-但研究人員提出了第五個之多，但未經證實的說法。在過去的十年，新勢力的搜索已經憋足由於粒子物理學的標準模型無法解釋的了暗物質 -被認為彌補了宇宙質量的80％以上，一個無形的物質。理論家們提出了各種奇異的物質粒子和力的載體，包括「黑光子」，通過類比攜帶電磁力傳統的光子。

Krasznahorkay說，他的小組正在尋找的正是這樣一個黑暗的光子的證據 - 但馮的研究小組認為，他們發現了一些不同的東西。匈牙利隊射向鋰-7瘦身目標質子，創造不穩定的鈹原子核8的話腐爛和吐出來對電子和正電子。根據標準模型，物理學家應該看到，觀察到的對數下降為角度分離的電子和正電子的增加的軌跡。但小組報告說，在約140°，例如排放物的數量跳躍 - 創建時的對數作圖對角的「凸點」 - 在更高的角度再次脫落之前。

Krasznahorkay說，凹凸確鑿證據表明，不穩定的鈹原子核8的極小部分脫掉多餘的能量以一種新的粒子，然後衰變為一個正負電子對的形式。他和他的同事計算出粒子的質量約為17 megaelectronvolts（兆電子伏）。

「我們對我們的實驗結果非常有信心，」Krasznahorkay說。他說，在過去的三年中團隊已經重複其測試多次，而且它已經消除誤差的所有可能的來源。假設它已經這樣做了，那麼這種極端異常的實驗出錯的概率低於兩千億分之一。

豐和他的同事說，17兆電子伏的粒子是不是一個黑暗的光子。分析異常情況，並尋找與以前的實驗結果是一致的屬性之後，他們得出的結論是，粒子可以改為一個「protophobic 點ˉx玻色子」。這樣的顆粒將攜帶該距離上僅作用幾次原子核的寬度極短距離的力。並在一個黑暗的光子（與傳統的光子）將夫妻電子和質子，新的玻色子夫婦將電子和中子。馮說，他的研究小組目前正在調查其他種類可以解釋該異常顆粒。但protophobic玻色子是「最簡單的可能性，」他說。

傑西·泰勒，在麻省理工學院（MIT）在劍橋的理論物理學家說，馮的研究小組提出了非常規的耦合使他懷疑新粒子存在。「這肯定不是我寫下來，如果我被允許隨意擴充標準模型中的第一件事情，」他說。但他補充說，他被「關注」的提案。「也許，我們看到我們的第一個一窺超越了可見的宇宙物理學，」他說。

研究者不應等待太久，找出了17兆電子伏的粒子是否真的存在。所述DarkLight實驗在傑弗遜實驗室設計成搜索具有10-100兆電子伏的群眾暗光子，通過在氫氣靶射擊的電子。現在，麻省理工學院表示，協作的發言人理查德·米爾納，這將目標鎖定在17 MeV的區域作為優先事項，並約在一年之內，既可以找到它與正常物質耦合所提出的顆粒或設置嚴格的限制。

同時搜索玻色子的實驗將在歐洲核子研究中心，日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室的LHCb展開，將研究夸克 - 反夸克衰變和兩個實驗將在一個固定的目標發射正電子 - 一個在INFN弗拉斯卡蒂國家實驗室附近羅馬，由於在2018年啟動，並在新西伯利亞，俄羅斯西伯利亞小鎮另一個在核物理研究所Budker。

Rouven Essig，在紐約州立大學石溪分校的SLAC車間的組織者之一的理論物理學家認為，玻色子的「有些出人意料」的屬性被實驗確認的可能性不大。但他歡迎測試。「這將很瘋狂，不要做另一項實驗來檢查這個結果，」他說。「大自然讓我們感到吃驚！」

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難以置信啊，不過，如果是真的話，我有那麼一丟丟想入坑！

以前學物理的時候感覺教科書上提到四種基本作用力的時候態度比較絕對，似乎不會有第五種的意思

超短程的量子輻射粒子，非常規的電子耦合，第五種相互作用力真實的存在，我是信了！

不過17MeV的質量和tao中微子的質量範圍重合，希望不要是tao中微子的干擾

如果這個好不容易有的專業問題下只有抖機靈和無腦黑三體的話，知乎藥丸。

雖然這還不是個廣泛接受的結論，除了個別正在這個領域有深入研究的人外很難有更深刻的見解，那不要說話靜靜等待硬貨好么，來知乎是因為你總有一個領域比別人強，而不是抖機靈和抖機靈和抖機靈的能力比別人強。

段子手移步新浪微博，謝謝。

大統一理論又要晚不知道多少年才能發現了……

科學領域我也幫你們說一下。學科學一定不能機械的去被去記，你要問為什麼？

為什麼宏觀領域符合牛頓定律，微觀領域不符合又有幾種力，這些定律是我們模糊處理的結果，截取片段的認識，還是確實能定義為定律。為什麼出現定律？為什麼會有這樣的規律？一直追索這些東西，你們那些屈服於現代科學成果中教條的頭腦就變了。科學也是累計到這個階段，人們戰略視角太小，容易被眼前的東西給失去自我，各個領域都一樣。當頭腦如此視角了，再加一條我行我上。