百万年冷却轨迹锁定！第五种力存在范围被大幅压缩

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宇宙中是否存在除引力、电磁力等四种力之外的 “第五种力”？这个困扰物理学界多年的问题，如今有了新答案。

一个由德、意、澳多国机构组成的国际团队，通过分析中子星冷却数据，给假想标量粒子划定了史上最严格的存在边界，相关研究已发表在《物理评论快报》上。

极端天体成天然实验室

中子星堪称宇宙中最 “硬核” 的天体，直径仅 20 公里却装着太阳质量的物质，密度高达每立方厘米数亿吨。

这种极端环境下，核子间距被压缩到飞米量级，能显著放大短程力的效应，成为检验新物理的天然实验室。

相比之下，地球实验室的测量常受精度和噪声干扰，很难捕捉到微弱的新力信号。

标量粒子与第五种力的关联

标量粒子是理论预言的零自旋粒子，被认为可能是第五种力的传递媒介。

目前唯一被证实的标量粒子是希格斯玻色子，但许多理论预测存在其他标量粒子，它们若与核子耦合，会违反现有引力定律。

研究团队指出，若这类粒子存在，中子星内部的核子碰撞会不断产生它们，这些粒子会携带能量逃离，导致星体冷却加速。

观测数据推翻异常冷却猜想

研究团队选取了 “七大奇迹” 星群、脉冲星 PSR J0659 等样本，它们的年龄从数千年到数百万年不等。

通过 X 射线观测精确测量这些中子星的表面温度后发现，所有数据都与标准冷却模型完全吻合，没有出现标量粒子导致的异常冷却。

这一结果让研究人员得以设定严格上限：对于质量在微电子伏到毫电子伏范围的标量粒子，其与核子的耦合强度约束，比此前测量严格数个数量级。

未来观测将进一步收紧边界

尽管此次未发现第五种力的证据，但研究明确了其存在的严苛条件 —— 必须比之前认为的微弱得多。

下一代观测设备将带来新机遇：欧洲航天局 2028 年计划发射的 Athena X 射线天文台，以及 NASA 的 Lynx 概念望远镜，将大幅提升温度测量精度。

同时，LISA 等空间引力波探测器，也能通过中子星并合事件，提供更多内部物理的关键信息，有望实现第五种力的首次探测。