第五种基本力真的存在吗?物理学家发现了几种异常
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发布时间：2022-10-16 22:35
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时间：2023-10-14 06:36
在我们谈论第五种基本力之前，我们必须简单地谈谈前四种基本力。据我们目前所知，宇宙中的所有物质都是由25个基本粒子组成的，物理学家将它们收集在“标准模型”中，这有点像亚原子粒子的周期表。这25个粒子由四种力结合在一起，这四种力是引力、电磁力、强力以及弱力。
我们知道的所有其他力，例如将原子保持在分子中的范德华力、摩擦力、肌肉力等都是涌现力。它们是涌现的，意味着它们源自这四种基本力。而这四个力是基本的，意味着它们不是涌现的，它们不能来自其他任何东西，或者说至少我们目前不知道可以从中得出更简单的东西。
现在，有人可能会指出爱因斯坦告诉我们引力不是一种力。根据爱因斯坦的广义相对论，引力是弯曲时空的效应。它看起来像一种力，但又不是一种力。确实，这就是为什么物理学家想要非常精确的话，不会谈论四种基本的力，而是四种基本的相互作用。但实际上，我们一直听到他们谈论万有引力，所以如果你想把万有引力称为力，我们也都知道你的意思。
正如你已经知道的那样，物理学家所说的力并没有一个非常精确的定义。例如，除了引力之外的三种力：电磁力、强力和弱力是相似的，因为我们知道它们是由交换粒子所介导的。这意味着如果两个粒子之间存在力，例如带正电的质子和带负电的电子，那么我们可以将该力理解为它们之间另一个粒子的交换。对于电磁学来说，交换粒子就是光子；对于强力，这些交换粒子被称为“胶子”，因为它们将夸克“粘合”在一起；对于弱力，这些交换粒子是Z和W玻色子。
再次，引力是奇怪的。我们相信它有一个交换粒子，那个粒子被称为“引力子”，但我们不知道那个粒子是否真的存在，它从未被测量过。另一方面，我们有一个与力无关的交换粒子，那就是希格斯玻色子。希格斯玻色子是赋予其他粒子质量的粒子。它通过与这些粒子相互作用来做到这一点，它的作用非常像一个力载体。事实上，一些物理学家确实称希格斯交换为一种力。但大多数物理学家还是没有这样做，原因是电磁力、强力和弱力的交换粒子都是出于对称要求，而希格斯玻色子没有。
那么第五种基本力是怎么回事呢？第五种基本力是一种假设的、新的、基本的力，我们还没有证据发现它的存在。不过，如果我们发现了它，那将是100年来最大的物理学新闻。
物理学家已经在理论上预测了大量的“第五”力，并且他们现在正在寻找。我们知道，如果存在第五种力，它们很难观察到，否则我们早就注意到了。这意味着，这种力要么只在很长的距离内才能变得明显，要么它在很短的距离内才能变得明显，它隐藏在粒子物理学领域的某个地方。
μ子g-2中的异常可能是新力量载体的标志，因此它可能是第五种力也可能不是。在某些核跃迁中也存在一种假定的异常现象，这可能是由一种名为 X17 的新粒子介导的，该粒子可能携带第五种力或者可能也不是。还有最近的W玻色子质量异常也可能意味着第五种力。但这些异常都不是非常有说服力的证据，在这些情况下最可能的解释是一些困难的核物理。
德国物理学家萨宾认为，第五种力最合理的例子来自我们通常归因于暗物质的观察结果。天体物理学家之所以引入暗物质，是因为他们确实看到了一种作用于正常物质的力。对于这一观察，目前最广泛接受的假设是，这种力只是引力，但实际上存在某种新型物质。但这并不完全符合所有观察结果，因此它实际上可能不仅仅是引力，还有一种新的力。暗能量有时也归因于第五种力。
不过，在第五种力被发现之前，这一切都只是猜测，物理学最重要的还是讲究证据。不过，第五种力真的存在吗？
