當一項科學結果似乎顯示出真正的新事物時，隨後的實驗應該要麼證實它——從而引發教科書的改寫——要麼表明它是一個測量異常或實驗失誤。但有些發現似乎永遠卡在光明與陰影之間的中間地帶。即使是複製這些結果的努力——通常是科學界等同於 瓦雷利亞鋼的東西——也幾乎沒有效果。歡迎來到不死物理學的領域。
在萬聖節前夕，《自然》雜誌將引導您瞭解物理學、天文學和宇宙學中的一些發現，研究人員曾多次認為它們已經消亡——卻發現它們不斷復活。
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邪惡軸心
宇宙大爆炸的微弱餘輝，即宇宙微波背景（CMB），在所有方向上幾乎是均勻的。從一個點到另一個點，其溫度變化小於十萬分之一。宇宙學家預計這些微小的溫度差異是隨機分佈的，但在2003年，當NASA的威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）衛星 survey 了 CMB 並繪製了不同尺度上的波動圖時，出現了一些意想不到的模式。一個神秘的冷斑潛伏在南半球天空中；天空大區域之間的波動甚至比預期的還要小；並且某些尺度上的波動似乎沿著一個優先方向排列，形成了所謂的“邪惡軸心”。
一些科學家認為，這些特徵可能是 WMAP 測量的人為產物。但隨著來自 WMAP 和後來歐洲航天局普朗克任務的進一步觀測，這些異常現象仍然存在。“我猜，這個主題已經處於殭屍狀態十年了，”加拿大滑鐵盧圓周理論物理研究所的宇宙學家，也是普朗克科學團隊成員 Kendrick Smith 說。
包括 Smith 在內的一些人認為，這些特徵隨機發生的可能性可能比直覺認為的要高，因為觀察到的特徵僅代表所有可能出現的怪異現象中的少數幾個。其他人正在尋找可以解釋這些意外模式的現象：特別是，冷斑與巨大的宇宙空洞有關。Smith 說，未來更高精度地測量 CMB 偏振的實驗可能會揭示誰是對的。
季節性令人毛骨悚然的暗物質
就像可以穿牆而過的幽靈之風一樣，銀河系中的暗物質應該從所有方向持續不斷地穿過地球——甚至我們的身體。人們認為暗物質佔宇宙物質的 85% 左右，但從未被明確探測到。然而，自 20 世紀 90 年代末以來，位於義大利格蘭薩索山脈下方的巨大地下實驗室中的 DAMA 實驗的物理學家一直在探測可能是暗物質與碘化鈉晶體的相互作用。這些訊號的強度根據季節性模式變化，這是預期的，因為當地球繞太陽旋轉時，地球相對於周圍暗物質的速度應該會發生變化。
然而，還有其他隨季節變化的現象可能會產生虛假結果，隨後的實驗幾乎全部否定了 DAMA 的探測結果——研究人員要麼根本沒有發現暗物質訊號，要麼僅發現微弱的暗示，許多人認為這些暗示沒有說服力。儘管如此，DAMA 專案仍在繼續積累證據，保持著暗物質已被探測到的觀點。
沒有人質疑該實驗正在探測季節性的潮起潮落。然而，這些變化是由暗物質還是其他物質引起的，仍然不清楚。“沒有人能夠就他們所看到的東西提出確鑿的論據，”康涅狄格州紐黑文市耶魯大學的物理學家 Reina Maruyama 說。計劃在南半球進行的兩個實驗，那裡的季節是相反的，可能會帶來解決方案：一個名為 DM-Ice 的實驗將嵌入南極冰層中；另一個將在澳大利亞的 Stawell 地下物理實驗室進行，該實驗室目前正在建設中。
發光星系傳奇
更多關於暗物質的戲劇性事件在太空中展開。2009 年，兩位物理學家在 NASA 的費米伽馬射線太空望遠鏡的資料中發現了一種神秘的光芒。他們說，這種電磁輻射以 γ 射線形式出現，並且似乎超過了已知來源應該產生的量，這可能是暗物質粒子聚集在銀河系中心附近，然後相互碰撞和湮滅的結果。
自那時以來，一些團隊提出了 γ 射線的替代性、非暗物質的解釋——最近是脈衝星，即死亡恆星的殘骸——但暗物質的主張很快又死灰復燃。在過去的幾個月中，荷蘭阿姆斯特丹大學的理論天體物理學家 Christoph Weniger 與人合著了論文，這些論文既提出了支援和反對暗物質來源的證據。“我只想弄清楚發生了什麼，”他說，並補充說他現在稍微更傾向於脈衝星解釋。
費米團隊本身期待已久的官方分析，在 2014 年 10 月提出但尚未發表，讓這個問題懸而未決，加利福尼亞大學歐文分校的物理學家 Simona Murgia 說，她是該分析的負責人。“最終，我們也觀察到了過量，”她說，“儘管我們不能說它是否是暗物質。”
惡魔般的質子差異
鑑於質子是宇宙中最常見和研究最充分的粒子之一，人們會期望物理學家對其大小有紮實的把握。但在 2010 年，德國加興馬克斯·普朗克量子光學研究所的 Randolf Pohl 和他的團隊測量了質子的半徑，發現它比之前的估計小 4%。該團隊使用了一種新穎的技術，該技術涉及用帶負電的粒子 μ 子替換氫原子中的電子，然後測量將 μ 子撞擊到圍繞單質子核的更高能量軌道所需的能量的細微變化。這種變化對質子的半徑很敏感，而 μ 子——大約比電子重 200 倍——使得測量容易數百萬倍。
在 2013 年，第二項使用 μ 子技術的研究證實了先前對質子大小的估計存在差異，這些估計來自涉及電子而不是 μ 子的測定。研究人員試圖找出 μ 子技術的缺陷，但現在已經放棄了。“沒有人質疑這項實驗，”華沙大學的理論物理學家 Krzysztof Pachucki 說。
與此同時，沒有人能弄清楚基於電子的測量可能有什麼問題。伊利諾伊州阿貢國家實驗室的物理學家 John Arrington 說，下一批實驗，其中一些已經在進行中，可能會解決這個問題。“我們希望能夠儘快將這個殭屍放回地下。”
魔鬼般的OMG粒子
超高能宇宙射線的能量比最強大的人造加速器產生的粒子高數千萬倍，這是一個謎——宇宙中沒有已知的現象可以產生它們。2007 年，皮埃爾·奧傑天文臺，其探測器遍佈阿根廷潘帕斯草原 3,000 平方公里，似乎正在追查這些邪惡怪物的來源，有時被稱為“我的天啊”粒子。他們發現，射線似乎集中在特定星系附近的“熱點”中，這表明它們可能起源於星系中心超大質量黑洞周圍過熱的物質。但隨著天文臺積累了更多資料，這種聯絡減弱了。
正如 OMG 粒子可能存在熱點的想法似乎已被拋棄一樣，猶他州一個較小的日本主導的實驗 Telescope Array 在北半球探測到了一個新的熱點。在這個階段， концентрация 更像是幻影而不是完全成熟的殭屍，因為它的統計學意義很低。而且該實驗每年只看到兩到三個事件，因此可能需要一些時間才能找到解決方案。為了加快速度，該合作計劃將幾乎將陣列的尺寸擴大四倍，以填補約 2,500 平方公里的區域，預計該專案需要三年時間。
永恆的G常數波動
引力的強度究竟是多少？令人驚訝的是，物理學家仍然無法就“大 G”常數的值達成一致，這個常數既出現在艾薩克·牛頓的萬有引力定律（可追溯到 1687 年）中，也出現在阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論中。不同的實驗技術發現了相互矛盾的值。而基於量子物理學的實驗利用物質的波動性，只會使差異更加嚴重。
一項倡議旨在讓世界各地的實驗室聯合起來尋找解決方案正在進行中。但美國國家科學基金會（NSF）原子、分子和光學實驗物理專案負責人 John Gillaspy 說，需要新的想法。NSF 將在明年贊助一次頭腦風暴會議，來自不同物理學分支的研究人員將花一週時間試圖提出解決差異的策略。“或者，人們最終可能會說他們不知道如何解決這個問題。這是我們不希望看到的可能結果，”Gillaspy 說。
差異也可能並非指向測量問題，而是指向全新的事物。一些物理學家認為，不同的技術給出不同的結果是因為引力物理學本身需要修改。如果是這樣，這個殭屍可能是一個偽裝成的新生命形式。
本文經許可轉載，並於2015 年 10 月 30 日首次發表。