《自然》雜志梳理了物理學(xué)、天文學(xué)和宇宙學(xué)中的一些發(fā)現(xiàn)——研究人員屢次任其自生自滅，卻發(fā)現(xiàn)它們總是“陰魂不散”。

當(dāng)一項科學(xué)成果看上去展示出一些真正新穎的東西時，隨后的實驗應(yīng)該或者證實它——使教科書重寫，或者證明它是測量異?；蛟囼炲e誤。不過，一些發(fā)現(xiàn)似乎永遠(yuǎn)夾在兩者中間。即便是努力重現(xiàn)這些成果，也幾乎沒有成效。歡迎來到“僵尸”物理學(xué)的世界。

在剛剛過去的萬圣節(jié)，《自然》雜志梳理了物理學(xué)、天文學(xué)和宇宙學(xué)中的一些發(fā)現(xiàn)——研究人員屢次任其自生自滅，卻發(fā)現(xiàn)它們總是“陰魂不散”。

“邪惡軸心”

被稱為宇宙微波背景輻射（CMB）的宇宙大爆炸暗淡余輝，在所有方向幾乎是一致的。從一點到另一點，它的溫度變化小于十萬分之一。宇宙學(xué)家預(yù)測這些微小的溫度差異是隨機分布的，但2003年，當(dāng)美國宇航局（NASA）威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）衛(wèi)星測量CMB并在不同尺度上描繪出這些波動時，一些意想不到的模式出現(xiàn)了。一種神秘的冷斑隱藏在南半球天空；天空中大多數(shù)區(qū)域之間的波動比預(yù)想的小很多；而一些尺度上的波動看上去會沿著一個特定的方向排列，形成所謂的“邪惡軸心”。

一些科學(xué)家曾提出，這些特征可能是WMAP測量的“偽影”。然而，在WMAP以及隨后由歐洲空間局普朗克任務(wù)開展的進一步觀測中，這些異常現(xiàn)象一直拒絕離開。“我猜它們處于僵尸狀態(tài)已有10年的時間?！逼绽士丝茖W(xué)團隊成員、加拿大滑鐵盧圓周理論物理研究所宇宙學(xué)家Kendrick Smith表示。

在包括Smith在內(nèi)的一些人看來，這些特征隨機發(fā)生的幾率或許比直覺認(rèn)為的高，因為已被觀測到的那些僅代表了所有可能奇異現(xiàn)象的一部分。其他人則在尋找能解釋這些非期望模式的現(xiàn)象：尤其是冷斑同一個巨大的宇宙空洞有關(guān)。Smith介紹說，測量CMB極化的進一步試驗將擁有更高的精度，并且揭示誰是正確的。

季節(jié)性“幽靈”暗物質(zhì)

就像一陣能穿透墻壁的妖風(fēng)，銀河系中的暗物質(zhì)能持續(xù)地從所有方向穿透地球，甚至是人體。這種物質(zhì)被認(rèn)為占據(jù)了約85%的宇宙物質(zhì)，但從未被明確地探測到。不過，自上世紀(jì)90年代末，DAMA（位于意大利薩索山山下的洞穴地下實驗室）試驗的物理學(xué)家探測到擁有碘化鈉晶體的暗物質(zhì)可能在發(fā)生相互作用。這些信號的強度依據(jù)季節(jié)模式發(fā)生變化，而這是可以預(yù)期的，因為地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)時，其速度相對于周圍的暗物質(zhì)應(yīng)當(dāng)會發(fā)生變化。

不過，還有其他現(xiàn)象隨著季節(jié)而改變，并且可能產(chǎn)生虛假的結(jié)果。后續(xù)試驗幾乎全部毀滅了DAMA的探測——研究人員并未發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)信號，或者發(fā)現(xiàn)的微弱跡象在很多人看來是沒有說服力的。然而，DAMA項目繼續(xù)積累證據(jù)，使認(rèn)為暗物質(zhì)已被探測到的觀點保持著活力。

沒有人對此項試驗正在探測到一種季節(jié)性起伏存有爭議。不過，這些變動是由暗物質(zhì)還是其他東西導(dǎo)致的仍不清楚。在季節(jié)相反的南半球，兩項規(guī)劃好的試驗或許會帶來答案：一項名為DM-Ice的試驗將在南極冰層中展開，另一項則將在澳大利亞斯塔威地下物理實驗室進行。

發(fā)光的銀河傳奇

更多的暗物質(zhì)在太空中顯露。2009年，兩位物理學(xué)家在來自NASA費米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一種神秘的光。他們認(rèn)為，這種電磁輻射可能是暗物質(zhì)粒子在銀河系中心附近聚集然后相互碰撞摧毀的結(jié)果。它以γ射線形式存在，并且看上去超越了已知來源應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生的物質(zhì)范疇。

自此以后，一些團隊提出了針對γ射線的其他非暗物質(zhì)解釋，最新的觀點是它來自死亡恒星的殘留物——脈沖星。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，暗物質(zhì)解釋總是很快又“爬了回來”。過去幾個月里，荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)理論天體物理學(xué)家Christoph Weniger在與別人共同撰寫的論文中展示了支持和反對暗物質(zhì)來源的證據(jù)?！拔抑皇窍肜迩逭诎l(fā)生的事情。”Weniger介紹說，目前他稍微傾向于脈沖星解釋。

加州大學(xué)爾灣分校物理學(xué)家Simona Murgia介紹說，費米團隊開展的一項期待已久的正式分析讓這種物質(zhì)的來源再次懸而未決?！白罱K，我們也觀測到大量神秘的光。”Murgia說，“盡管我們無法確定它是否為暗物質(zhì)?！?/p>

惡魔般的質(zhì)子差異

考慮到質(zhì)子是宇宙中最常見且被充分研究過的粒子之一，人們都期待物理學(xué)家能徹底了解它的大小。不過，2010年，來自德國馬普量子光學(xué)研究所的Randolf Pohl及其團隊測量了質(zhì)子的半徑，發(fā)現(xiàn)其比此前預(yù)測的小4%。該團隊利用了一種新技術(shù)，即用被稱為μ介子的帶負(fù)電荷粒子替代氫原子中的電子，然后測量了將μ介子撞擊到單質(zhì)子原子核附近較高能量軌道上所需的能量的細(xì)微變化。這種變化對質(zhì)子的半徑很敏感，而比電子大200倍左右的μ介子使其測量起來簡單幾百萬倍。

2013年，另一項利用μ介子技術(shù)的研究證實了這種同此前對質(zhì)子大小估測存在的差異。此前的測定涉及電子而非μ介子。研究人員試圖尋找μ介子技術(shù)的缺陷，但目前已經(jīng)放棄?！皼]有人質(zhì)疑這項試驗?！辈ㄌm華沙大學(xué)理論物理學(xué)家Krzysztof Pachucki表示。

與此同時，也沒有人能找到基于電子的測量存在何種錯誤?！跋乱徊揭_展的一組試驗或許會解決這個問題?！币晾Z伊州阿貢國家實驗室物理學(xué)家John Arrington表示，“它是一個我們希望很快能打敗的‘僵尸’?！?/p>

邪惡的“我的上帝”粒子

超高能宇宙射線擁有的能量比最強大的人造加速器產(chǎn)生的粒子高出幾千萬倍，并且至今仍是個謎——并未有宇宙中的已知現(xiàn)象能產(chǎn)生它們。2007年，皮耶奧格觀測站似乎正走上發(fā)現(xiàn)這些有時被戲稱為“我的上帝”粒子的來源的道路。該觀測站的探測器散布在阿根廷3000平方公里的潘帕斯草原上。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些射線看上去集中在特定星系附近的“熱點”中。這表明，它們可能源自圍繞星系中心超大質(zhì)量黑洞的過熱物質(zhì)。然而，隨著觀測臺累積更多數(shù)據(jù)，這種聯(lián)系減弱了。

就在認(rèn)為可能存在“我的上帝”粒子熱點的觀點似乎已被舍棄時，北半球的一個新熱點被一項由日本主導(dǎo)的、在猶他州進行的較小規(guī)模試驗探測到。然而，由于該試驗每年只能發(fā)現(xiàn)兩三次此類事件，因此找到答案可能需要一段時間。為加快速度，合作組計劃將望遠(yuǎn)鏡陣列擴大近4倍，以覆蓋約2500平方公里的區(qū)域。該項目有望花3年時間完成。

“大G”常數(shù)的永恒波動

引力的強度到底是什么？令人吃驚的是，物理學(xué)家仍無法就“大G”常數(shù)的值達(dá)成一致。它在可追溯至1687年的牛頓萬有引力定律和愛因斯坦的廣義相對論中均占據(jù)重要位置。不同的試驗技術(shù)發(fā)現(xiàn)了截然相反的數(shù)值。而基于量子物理學(xué)的試驗的加入，似乎讓這種差異更加嚴(yán)重。

一項旨在使來自全球的實驗室聯(lián)手尋找解決方法的行動正在進行中。不過，美國國家科學(xué)基金會（NSF）原子、分子和光學(xué)試驗物理學(xué)項目負(fù)責(zé)人John Gillaspy認(rèn)為，當(dāng)前需要新想法。明年，NSF將資助一場頭腦風(fēng)暴會議。屆時，來自不同物理學(xué)分支的研究人員將花一周時間試圖提出解決這種差異的策略。

有可能這種差異指向的不是測量問題，而是一些全新的東西。一些物理學(xué)家曾提出，不同技術(shù)會產(chǎn)生不同結(jié)果，因為與重力有關(guān)的物理學(xué)本身需要被修正。如果這樣，這只“僵尸”可能是一種經(jīng)過偽裝的美麗的新生命形式。（宗華）

《中國科學(xué)報》 (2015-11-09 第3版 國際)