以真空實驗檢測「第五種力」

UCLA的物理學家對太空真空環境進行了模擬，以此驗證「有理說不清」的太空暗能量理論。我們身體的各種原子和我們在日常生活中遇到的所有物體屬於看得見、摸得著的普通物質，而宇宙存在大量我們看不見、摸不著的神秘暗物質和暗能量。暗能量加速了星系之間的分離運動，而暗能量和暗物質共同組成了宇宙的主要成分。1998年，物理學家提出了暗能量的概念，他們一直在試圖解釋暗能量的特性，有一種理解認為，暗能量產生了星系分離的推動力，只能在非常低密度的太空測量暗能量的作用，比如：星系之間的低密度太空。

UCLA物理學和天文學的助理教授保羅·漢密爾頓在實驗室再造了類似太空的低密度環境，以此精確地測量暗能量的作用力，實驗成果解釋了暗能量和普通物質的相互作用達到了怎樣的強度，在線版雜誌《科學》發表了科學團隊的實驗成果。漢密爾頓將研究的焦點放在特定類型的暗能量場，被稱為「變色龍場」的暗能量場的強度由太空環境的物質密度決定，如果證實了暗能量場的推動力，那麼這種推動力將是「第5種基本力」的樣板或者理想的候選對象。在自然界存在4種已知的基本力，它們分別是引力、電磁力、原子內部的強相互作用和弱相互作用。

過去的實驗從未探測到自然的「第5種力」，科學探索使命激發了科學家設想了一種可能，稠密太空區域的變色龍場（比如：地球的大氣層）產生了劇烈收縮，暗作用力的大小不可測量。2004年，賓西法利亞大學的物理學家賈斯丁·庫利第一次提出了變色龍場的概念，但直到2014年，英國物理學家克萊爾·伯雷奇和他的同事找到了一種變色龍場檢驗的方法，他們在實驗室的環境使用了原子，以檢驗變幻莫測的變色龍能量場。

漢密爾頓以前是 UC伯克利分校赫爾加·穆勒實驗室的博士後研究員，他現在帶領的團隊在變色龍場的研究中處於領先地位，團隊獨立開發了一種在實驗中使用原子的方法，以測量非常小的力。對變色龍場微小力的測量涉及到如何複製太空的真空條件，當靠近物質時，變色龍場實質上「躲藏」起來，物理學只有模擬真空室的環境，它的尺寸大體上相當於一個足球的大小，真空室壓力相當於我們呼吸的大氣壓的萬億分之一，團隊成員在真空室放置了銫原子，這是一種軟金屬物質，通過銫原子探測真空場中的力，原子是理想的檢測粒子，它們體積非常小，質量非常低。

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實驗團隊在真空室添加了鋁球，它們大體上相當於一顆彈子球的大小，添加鋁球是為了獲得加密物體的功能，變色龍場受到密度物質的擠壓，研究人員由此測量出微小的作用力。銫原子被冷卻到絕對零度以上十萬分之一度的範圍，研究人員仍能執行實驗操作的指令，他們將近紅外線雷射束射入真空室，通過雷射方法收集數據，銫原子在引力和潛在暗推動力的相互作用下產生了加速運動。研究人員使用了光波，而光波是一把尺子或光波尺，以光波測量了原子的加速運動。

研究人員執行了兩次測量過程，一次是當鋁球靠近銫原子時，另一次是當鋁球遠離銫原子時，根據「變色龍理論」的解釋，變色龍場引起的原子加速運動有不同的表現，加速度的不同取決於鋁球與銫原子之間的距離，而當研究人員改變鋁球的位置時，銫原子的加速似乎沒有表現出不同，實驗結果讓研究人員對變色龍場在和普通物質相互作用時表現了怎樣的強度有了更好的理解。漢密爾頓的科學團隊將會繼續使用冷原子進行暗能量理論的實驗研究，在下一階段的實驗中探測其它可能的暗能量形態，這些暗能量形態在時間推移之中可能改變了暗作用力的大小。