科學家想要尋找一種新粒子，卻得到了一個完全相反的結果

有什麼東西在干擾粒子物理學研究嗎？

Chopin Nocturne No.5 in F-sharp, Op.15, No.2

 RCA RED SEAL BEST100

Arthur Rubinstein 

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最近，科學家進行了一次針對基本物理學常數的超精密測量實驗。結果發現，一種傳說中的神秘粒子可能並不存在。但具體的實驗結果卻又相當地令人迷惑不解。

這種神秘的粒子叫暗光子，是一種假想中的粒子。在假說中，暗光子和光子是雙胞胎。它的存在，可以為我們解釋暗物質為何存在。

此次測量所針對的，是所謂的精細結構常數。這個常數決定了電子和光子相互作用的強度，也叫耦合強度。測量結果在非常大範圍的質量和耦合強度條件下，排除了暗光子的存在。如果暗光子依然存在，那麼它們的重量可能要比預期的重很多。

物理學家需要用標準模型，來預測精細結構常數的值。首先，需要知道電子的一個物理特性：它的磁矩。此前物理學家測量精細結構常數，運用的是間接預測法，是將標準模型預測和磁矩測量實驗結合起來完成的。新的測量實驗更加直接。

科研人員首先製造了一個「銫原子噴泉」。他們用銫原子製造了一條單一的原子流。原子流在激光的作用下，會進入一種特殊的狀態——疊加態。處於疊加態的原子流，能夠同時身處兩個空間位置。所以這時候的銫原子流實際上變成了互相平行的兩條，且由完全相同的原子構成。

科研人員隨後將兩條原子流合併，合併發生時，原子流中的原子會和它們自身發生干涉，科學家利用這一過程，對原子的運動速度進行計算。原子的運動速度，能夠反映它們被激光光子擊中時的受力程度，進而能夠反映耦合強度。通過這個方法，科研人員可以以空前的精度，來測算精細結構常數的值。

那麼這個實驗和暗光子有什麼關係呢？暗光子和光子一樣，是一種電磁力的載體。但是暗光子不會和普通帶電粒子相互作用，而是只和暗物質粒子發生相互作用。

暗光子並不是標準模型內的粒子，因此假如它們存在，那麼實際測量結果，一定會和標準模型的預測不一樣。也就是說，通過直接測量法獲得的精細結構常數，一定會和通過間接測量法以及標準模型預測獲得的值有區別。

有意思的是，這次測量實驗獲得的數值，還真的和標準模型預測值不一樣。但卻不能證明暗光子存在。因為實際情況非常古怪。

參與研究的科學家表示，測量所獲的數值確實出現了異常，但這種異常，卻出現在了完全相反的方向上。

也就是說，這種差異不但不能證明暗光子存在，反而證明了暗光子不存在。

但與此同時，這個結論本身的有效性又出了問題。

一般來說，判斷粒子物理學的測量結果是否有效，有一個通用的標準。一個真正有效的結果，其隨機性帶來的誤差率，必須小於350萬分之1，此時其有效性大約是5個西格瑪。而此次測量結果中出現的差異，其有效性只有2.5個西格瑪，誤差率達到了200分之1。遠遠沒有達到通用標準。

然而科研人員認為，無論如何，暗光子存在的可能性基本上就被否認掉了。因為雖然其差異的有效性不那麼強，但畢竟是出現在了錯誤的方向上啊。這就好像我們原以為有小偷在偷我們口袋裡的錢，結果卻感覺到，兜里的錢好像越來越多了一樣。

參考：http://science.sciencemag.org/content/360/6385/191

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