鈣同位素轉變測量結果暗示第五種基本作用力潛在線索

自然界的基本交互作用力目前已知有四種，包括重力、電磁力、強核力與弱核力。然而，物理學界普遍懷疑現有的標準模型存在理論缺口，特別是無法解釋暗物質的本質。為了解決此一理論鴻溝，科學家們正積極探索第五種基本作用力的可能性，近期國際研究團隊在2025年於《物理評論快報》（Physical Review Letters）上發表了初步證據，可能指向此一方向的線索。

這項前瞻性的研究聚焦於鈣（Calcium, Ca）同位素的原子能階轉變現象，即電子吸收能量後躍遷至更高軌道，隨後釋放能量返回初始狀態的過程。原子核內的中子數量決定了同位素的特性，元素週期表中的鈣元素擁有Ca-40、Ca-42、Ca-44、Ca-46和Ca-48等數種穩定同位素，其對應的中子數從20個到28個不等。研究人員透過極高精度的離子阱技術，測量了這些同位素的能階轉變位移。

根據標準模型的預測，當研究人員將這五種鈣同位素的轉變位移值繪製於「金氏圖」（King plot）上時，這些數據點應當呈現出清晰的線性關係。然而，實驗測量結果顯示，這些數據點出現了輕微的非線性偏離，與理論預測的直線關係有所出入。儘管這種微小的偏差可能源於計算中尚未完全納入的已知效應，但物理學家們將此視為支持存在一種微弱額外作用力的首個跡象，這種作用力可能作用於電子與中子之間。

這種假想中的新作用力，據推測是由一種被稱為尤卡瓦粒子（Yukawa particle）的玻色子所傳遞。2025年的研究成果不僅提供了潛在的新物理學信號，更對這種媒介粒子的強度及其可能質量範圍設定了迄今為止最嚴格的限制，估計其質量介於約10至1000萬電子伏特（eV/c²）之間。此項研究的國際合作團隊成員來自德國、瑞士和澳洲等地，他們正持續推進研究，目標在2026年初進一步精確探測。

為了驗證或駁斥這些新物理學的徵兆，團隊目前正對鈣同位素進行第三種能階轉變的測量，此舉旨在建構一個三維版本的金氏圖，以期獲得更具決定性的數據。在基礎物理學領域，探索超越標準模型的理論框架一直是重要課題，例如對暗物質的解釋。這些對原子結構的精確探測，正是在尋找超越已知物理定律的微小線索，以期建構更完備的宇宙模型。