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为什么现在的宇宙物质多于反物质

栏目:生活资讯    来源:互联网    作者:山歌    发布时间:2016-08-21 08:03

本报记者 刘 霞 综合外电

依据大爆炸理论和粒子物理理论,宇宙来源于大约137亿年前的一次大爆炸。在宇宙诞生之初,能量转化为相同多的正物质与反物质,这两种物质相遇会产生激烈爆炸,转化为能量,并归于湮灭。可是如今宇宙中的天体均为正物质,没有发现反物质天体。

为什么目前的宇宙间充满了正物质而非反物质呢?这是物理学领域最大的谜团之一。英国《自然》杂志8月12日报道说,在日前于美国芝加哥举行的第38届高能物理国际会议(ICHEP)上,日本科学家们给出了一个解释:中微子这类亚原子粒子在物质形状和反物质形状的体现不一样。可是,他们也表示,还需求搜集更大部分据才能够对此解释进行确认。

中微子究竟为“何方神圣”

在粒子物理学里,标准模型是一套描写强力、弱力、电磁力这三种基本力,和构成一切物质的基本粒子的理论。自从20世纪70年代标准模型树立后,一直久经考验而矗立不倒。但上个世纪90年代,有一种粒子果然鄙弃其规则,它就是中微子。依据理论,中微子不具有质量,但实际情形是,1998年,物理学家利用日本一个矿内的超级神冈探测器,发现中微子具有质量——虽然缺乏电子的十亿分之一。

参加美国费米国家加速器试验室NuMI离轴中微子试验(NOVA)的物理学家基斯·马特拉称,从那时开始,世界各地的中微子试验如雨后春笋一样冒出,并且科学家们也渐渐意识到,他们也许能够以这一粒子为冲破口获得新的发现和解释。“它们是标准模型中的缺口。”

中微子有3种:电子中微子、μ子中微子和τ子中微子。中微子不带电,质量极小。依据量子力学,不一样的中微子之间能够互相转换,我们称之为中微子振荡。

正反中微子举动有别

在目前的宇宙中,物质显著比反物质多,物理学家们视察了一些物质粒子和反物质粒子,如K介子和B介子的举动差别,但其实缺乏以解释物质为什么会超出反物质,获得安排身份。

一个答案也许是超重粒子在宇宙诞生早期,采取纰谬称的方式衰变产生了更多的物质。有科学家以为,中微子一种超重的“亲戚”也许是“幕后推手”。依据这一理论,假如中微子和反中微子目前体现得不一样,那么,其更陈旧的对应物也应当存在相同的不屈衡,这也许能够解释为什么物质比反物质多。

为了测试这一想法,日本从东海到神冈的中微子试验(T2K)的研究人员探讨了物质和反物质中微子行进时,在三种“味”之间振荡的差别。他们从位于日本东海海边的质子加速器研究中心发射出一束μ子中微子,到295千米远的超级神冈探测器(这个地下铁罐装满了5万吨水)。研究人员计算出了在此过程当中,有多少电子中微子出现——这是μ子中微子在全部路程中变构成另外一种中微子的信号。随后,他们应用一束介子反中微子,反复了这一试验。

美国罗切斯特大学的物理学家岩本幸之助(音译)在列席ICHEP时表示,两束中微子的体现略有不一样。

该研究团队以为,假如物质和反物质的举动没有差别,那么,他们将在探测器内发现24个电子中微子和7个电子反中微子(缘由是反物质更难生成和探测),但结果他们发现了32个中微子和4个反中微子。纽约州立大学石溪分校的物理学家、T2K试验成员姜常金(音译)说:“这表示,物质和反物质的振荡方法其实不一样。”

还需更大部分据验证

虽然T2K和NovA试验提供的初步结果都表示了相同的概念,但迄今为止的视察也许只是几率事件,假如中微子和反中微子的体现如出一辙的话,科学家们也有二非常之一的机遇(2西格玛)看见这样的结果。

所以,科学家们需求更大部分据对这一信号进行验证,T2K本轮试验将运转到2021年,届时它将获得如今5倍多的数据,但该研究团队将需求大约13倍的数据,才能够将统计置信度提高到3西格玛——大大部分物理学家乐意接纳数据合理但不能够彻底确定的门槛。

为了搜集更多必需的数据,T2K团队提出将试验延续到2025年。可是,与此同时,他们也计划通过与NovA协作,从而加速搜集数据的速度。如今,参加NovA试验的科学家们已从费米国家试验室发射一束中微子到810千米以外的位于明尼苏达州北部的一座矿井下,并将于2017年发射反中微子束。这两个团队已经赞成携手对数据进行分析,到2020年,获得的数据的统计置信度有希望达到3西格玛。

研究人员表示,要想达到宣告某些数据为“一项发现”所需求的统计置信度5西格玛,也许需求新一代的中微子试验,如今全球各地正在计划这些中微子试验。

虽然如此,这一发现激起了科学家们关于物理学界的“香饽饽”——中微子进行深刻研究的兴致。他们以为,这类无所不在而又飘忽不定的粒子也许是处理多个物理学谜团的“钥匙”。

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