• 首页> 国际 > 宇宙反物质神秘失踪,“元凶”可能是它
  • 宇宙反物质神秘失踪,“元凶”可能是它

  • 发布日期:2019-11-07 08:41:56 信息来源:互联网
  • 为什么我们的宇宙中物质比反物质多得多?这是现代物理学中最令人困惑的难题之一。

    我不知道为什么,当宇宙还很年轻的时候,几乎所有反物质都突然消失了,只留下宇宙中的普通物质。很长一段时间以来,理论家们一直在研究这种难以捉摸的解释,并设想用各种实验来验证这种解释的方法。

    现在,三位理论家提出宇宙中反物质的神秘消失可能是由三种叫做希格斯玻色子的粒子造成的,他们认为自己知道如何找到这些“嫌疑犯”。

    反物质损失的例子

    几乎在每一次亚原子粒子相互作用中,反物质(与正常物质相同,但电荷相反)和正常物质以相同的方式产生。这似乎是宇宙在基本层面上的对称性。然而,当我们观察宇宙时,我们几乎看不到任何反物质。据物理学家所知,宇宙中反物质粒子与物质粒子的比例约为11亿。

    这个难题有许多名称,例如物质不对称问题和重子不对称问题。然而,不管名字是什么,物理学家都感到困惑。物理学家的工作是解释自然。然而,到目前为止,还没有人能够为物质和反物质之间的数量差异提供一致的解释,这开始变得有点烦人。

    幸运的是,大自然给我们留下了一些线索。例如,没有证据表明在所谓的宇宙微波背景中有大量反物质(即大爆炸留下的热量)。这表明反物质很早就在宇宙中消失了。早期宇宙是一个相当疯狂的时期,宇宙中出现了各种复杂而未知的物理现象。因此,如果物质和反物质分道扬镳,那么早期宇宙就是一个好时机。

    希格斯玻色子

    事实上,反物质消失的最佳时间是宇宙逐渐冷却,自然界中各种力量不断分裂的时候,这是一个短暂而动荡的时期。

    在高能条件下(例如在粒子对撞机中),电磁力和弱核力结合形成一种新的力:弱电力。然而,一旦物质冷却并恢复正常的日常能量,微弱的电力将分裂成熟悉的电磁力和微弱的核力。

    在更高的能量条件下,比如在大爆炸开始时,我们相信强大的核力量将与微弱的电力相结合。另一方面,在更高的能量条件下,重力也将参与这一组合过程,形成统一的力。但是我们还没有弄清楚重力将如何参与结合过程。

    20世纪60年代,一位科学家提出了希格斯玻色子的概念,但直到2012年,科学家才在大型强子对撞机中发现了这种粒子。它的功能是将电磁力与弱核力分开。物理学家非常确定物质和反物质的变化发生在四种自然力的统一力分解之前。这是因为我们对宇宙分裂后的物理现象有了相当清晰的理解。如果在以后的几年里有太多反物质,那将违反我们在宇宙微波背景下的观察结果。

    因此,希格斯玻色子可能在反物质的消失中扮演了重要角色。

    但是希格斯粒子本身不能分离反物质;目前,还没有已知的机制可以通过单独使用希格斯粒子来造成物质和反物质之间的不平衡。

    幸运的是,希格斯玻色子和反物质的故事可能还远没有结束。物理学家在对撞机实验中发现了一个质量约为1250亿电子伏特(gev)的希格斯玻色子(作为参考,一个质子的质量约为1克电子伏特)。事实证明,可能不只有一个希格斯玻色子。

    希格斯玻色子完全有可能比我们在实验中探测到的大。如果有更重的希格斯粒子,这些粒子现在就不会有任何效果,它们也不会参与我们用对撞机可以进行的任何物理过程——因为我们没有足够的能量来“激活”它们。但是在宇宙早期,当宇宙中的能量仍然非常非常高时,其他希格斯玻色子可能被激活,并可能导致一些基本粒子相互作用的不平衡,导致物质和反物质之间的不对称。

    解决这个难题

    在最近发表在预印平台arxiv上的一篇论文中,三位物理学家提出了一个有趣的潜在解决方案:也许有三种希格斯玻色子[称为“希格斯三驾马车”),它们通过早期宇宙中的一些反应产生大量正常物质。

    在这种情况下,这些物质流中的大多数正常物质会湮灭反物质,使反物质在辐射洪流中几乎完全消失。这样,足够多的正常物质将被抛在后面,进化成我们现在所知的宇宙。

    为了完善这一想法,理论家提出三个希格斯玻色子包括目前已知的希格斯玻色子和两个新的希格斯玻色子,两者的质量都约为1000 gev。这个质量数字实际上是完全随机的。假设这个数字的原因是为了让假设的希格斯玻色子有可能被下一代粒子对撞机发现,因为预测一个永远不会被发现的粒子是没有用的。

    这样,物理学家面临着挑战。不管是什么机制造成了物质和反物质之间的不对称,这个机制必须使物质比反物质多十亿倍。此外,在早期宇宙中,这种机制完成这一过程的时间窗口非常短。一旦四种自然力分离,游戏时间就结束了,我们所知道的物理原理再也不能改变了。该机制包括两个新的希格斯玻色子,必须是可测试的。

    然而,他们做到了。这是一个可以理解但非常复杂的过程。一般来说(理论上),两个新的希格斯玻色子以稍微不同的速度衰变为粒子群。衰变为物质和反物质的概率也略有不同。随着时间的推移,这些差异逐渐增加。当弱电分开时,宇宙中“内置”物质和反物质粒子的数量差异足够大,导致正常物质的数量比反物质多得多。

    尽管这确实可以解决重子不对称的问题,但它立即提出了另一个问题:为什么自然界需要这么多希格斯玻色子?我们不知道,我们一次解决一个问题。

    黑龙江快乐十分开奖结果

    上一篇:注意!9月22日-30日 解放北路将实施交通导改
    下一篇:往年投资公式“失效”,中国190万亿私人财富往哪儿投