物理學的天空，可能被撕開了一道裂縫！

7月10日，《物理評論快報》發表一項最新研究，通過對鈣原子的超精準“稱重”，科學家們發現了一個偏離標準理論高達1000倍標準差的宇宙異常信號！這一驚人發現，讓我們距離揭開傳說中的“第五種力”和“新物理學”的神秘面紗，又走近了驚心動魄的一步嗎？

◆ 01“完美”物理學，其實有個大Bug

長久以來，我們都活在粒子物理“標準模型”的光環下。它像一張完美的地圖，精確地描繪了構成我們身體、乃至整個世界的物質基石，以及支配它們的四種基本力——引力、電磁力、強核力和弱核力。

但這張地圖并非完美無瑕。蘇黎世聯邦理工學院的戴安娜·克雷克（Diana Craik）教授坦言：“標準模型無法解釋一切?！?宇宙中神秘的暗物質到底是什么？為什么我們世界里的物質遠多于反物質？這些問題，標準模型都無法給出答案。物理學家們普遍相信，一定有更深層次的“新物理學”和未知的“第五種力”在等待著我們。

◆ 02尋找“幽靈之力”

過去，尋找新粒子和新力主要依靠歐洲核子研究中心（CERN）那樣的大型粒子對撞機，通過猛烈撞擊來“砸”出新東西。但瑞士和德國的這個頂級團隊另辟蹊徑，他們決定采用一種更精巧的辦法：精密原子光譜學。

他們的想法是：如果存在一種神秘的“第五種力”，它可能會在原子核里的中子和核外的電子之間悄悄地傳遞。這種力的強度，應該和原子核里的中子數量成正比。

怎么驗證呢？答案是；同位素。

研究團隊選擇了五種穩定的鈣（Ca）同位素。它們的原子核里都有20個質子，但中子數卻各不相同。這就好比是五個體重不同的兄弟，如果“第五種力”存在，那么電子在這五個“兄弟”身邊運動時感受到的總“引力”就會有微小的差別，導致它們的能級——也就是電子運動的“心跳”頻率——發生極其細微的變化。

為了捕捉這種“心跳”差異，研究人員使用了堪稱“黑科技”的離子阱技術。他們史無前例地將一對不同的鈣離子同時“囚禁”在電磁場中進行同步測量，極大地消除了環境噪音的干擾。最終，他們測量能級變化的精度達到了百毫赫茲級別，比以往的實驗精確了約100倍！

◆ 031000倍偏差！宇宙在標準答案上畫了條歪線

當科學家們將極其精確的測量數據繪制在一張名為“金氏圖”（King Plot）的圖表上時，令人震驚的一幕發生了。

根據標準模型，這張圖上的數據點應該完美地連成一條直線。然而，實驗結果卻顯示出一條明顯的曲線——數據點偏離了理論預測的直線，其統計顯著性高達約1000個標準差（~1000σ）！

1000個標準差是什么概念？這好比你連續拋硬幣幾百次，結果每次都是正面。這種事情發生的概率低到令人發指，你絕不會認為是巧合，而會堅信這枚硬幣一定有問題。同樣，這個1000σ的信號強烈地暗示著：我們的理論模型，可能出問題了！

◆ 04 先別開香檳！是新物理，還是“舊賬”沒算清？

那么，這是否意味著我們已經發現了“第五種力”？

“我們還不能說我們發現了新物理?！?克雷克教授謹慎地表示。

研究團隊發現，這個巨大的偏差，雖然不能用已知的最主要效應來解釋 ，但有可能源于一個我們了解甚少的標準模型內部效應——核極化（nuclear polarization）。

這是一種原子核因受到電子影響而發生微小形變的現象。目前的計算表明，這個效應有可能解釋觀測到的異常，但其理論本身還存在很大的不確定性。

簡單說，我們發現了一條彎曲的鐵軌，但這究竟是一輛“新火車”（第五種力）壓彎的，還是一些我們沒算清楚的“鐵軌維護問題”（核極化）導致的，目前還無法下定論。

◆ 05懸念升級！為終極理論設下“天羅地網”

盡管如此，這項研究的意義依然是里程碑式的。

通過這次史無前例的精確測量，研究團隊為這個假想中的新力能夠有多強，設下了迄今為止最嚴格的限制。這就好比為搜捕逃犯劃定了一個更小的包圍圈。

“我們目前正在測量鈣同位素的第三個能量躍遷，”研究團隊的博士生盧卡·胡伯（Luca Huber）說，“我們希望能克服理論上的挑戰，在尋找新力的道路上取得更大進展。”

從1000倍標準差的驚人異常，到對“第五種力”設下的天羅地網，這場物理學的頂級懸疑大片才剛剛拉開序幕。宇宙最深處的秘密，或許就隱藏在下一次更精確的原子“心跳”之中。

參考文獻：

[1] Wilzewski, A., Spie?, L. J., Wehrheim, M., Chen, S., King, S. A., Micke, P., ... & Schmidt, P. O. (2025). Nonlinear Calcium King Plot Constrains New Bosons and Nuclear Properties. *Physical Review Letters*, 134(23), 233002.

[2] Hanks, M. (2025, July 11). An Unknown ‘Fifth Force’ May Explain a Baffling Physics Mystery—These Researchers Have a Bold New Plan to Uncover It. *The Debrief*.