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太神奇了!希格斯玻色子可能導致宇宙中反物質消失

2019-10-14 10:42:07  來源:新浪科技

北京時間10月14日消息,據國外媒體報道看,近日一項新研究稱,三種尚未被觀測到的希格斯粒子可能已經導致宇宙中幾乎所有的反物質消失。反物質是粒子物理學中反粒子概念的延伸,當物質與反物質結合時,會像粒子和反粒子結合一樣,發生湮滅并釋放出高能光子(伽馬射線)或其他能量較低的正反粒子對。目前,科學家還未在宇宙中找到反物質,這種正反物質的不對稱性成為現代物理學中最大的謎團之一。

希格斯玻色子是標準模型里的一種基本粒子,極不穩定,生成后會立刻衰變。2012年,物理學家利用大型強子對撞機(LHC)證實了希格斯玻色子的存在。在預印本雜志arXiv上發表的一篇論文中,來自紐約布魯克海文國家實驗室和堪薩斯大學物理與天文系的三位理論物理學家描述了一項新的理論。他們表示,有三種類型的希格斯玻色子可能使物質與反物質發生碰撞,導致反物質幾乎完全消失。

在宇宙中,常規物質的數量遠遠超過反物質的數量。現有的研究結果顯示,宇宙中每發現一個反物質粒子,就有大約10億個物質粒子,盡管事實上,每一次亞原子反應都會產生等量的反物質粒子和物質粒子。

有科學家提出理論,認為反物質可能在宇宙形成后很快就消失了,而在大爆炸之后的宇宙中,希格斯玻色子發揮了關鍵作用。因此,研究人員開始對希格斯玻色子展開研究。具體來說,他們假定存在三種尚未被發現的希格斯粒子,稱為“希格斯三駕馬車”(Higgs Troika),它們很可能對反物質的消失負有責任。

研究人員表示,這三種粒子,連同可能構成早期宇宙特征的大量能量,可能導致了常規物質的匯集。在這個由物質和反物質組成的高能量湯中,新產生的物質與對應的反物質直接結合,然后湮滅,最終消除了幾乎所有反物質。

研究人員已經對這一理論進行了初步驗證。他們指出,這三種粒子不同的衰變速度可能創造了一場“完美風暴”,使常規物質在能量上遠遠超過了反物質,從而創造了今天科學家觀察到的近十億比一的比例。

在大型強子對撞機的研究中,科學家在發現新型希格斯粒子方面也取得了一些進展,這意味著,可能還存在著更多物理學家尚不知曉的希格斯粒子。盡管該研究仍處于理論階段,但研究人員表示,這些結果為研究正反物質不對稱問題提供另一條途徑,可能使解決宇宙形成之謎又近了一步。

大型強子對撞機

大型強子對撞機(如圖)于2015年4月5日重新啟動,此前進行了兩年的維護和升級

大型強子對撞機(如圖)于2015年4月5日重新啟動,此前進行了兩年的維護和升級

大型強子對撞機(LHC)是世界上規模最大,也是能量最強的粒子加速器,位于瑞士和法國邊境的地下隧道中,長度達27公里。2008年,大型強子對撞機射出了第一道質子束,正式開始粒子對撞則是在2010年。在大型強子對撞機的環形隧道內,質子束以接近光速運動,并在4個相互作用點發生碰撞。

在加速器通道內,放置著兩個質子束管,兩束高能粒子束的方向相反,在碰撞前會以接近光速運動。加速管由超導電磁鐵包覆,以液氦冷卻。這些電磁鐵由特殊的電纜線圈構成,在超導狀態下工作,能有效地導電而不產生電阻或能量損失。

對撞機的4個相互作用點分別設有5個偵測器,可以對碰撞中產生的新粒子進行探測。通過分析這些碰撞,來自世界各地的物理學家正不斷加深人類對自然規律的理解。

大型強子對撞機的緊湊渺子線圈

大型強子對撞機的緊湊渺子線圈

大型強子對撞機每秒能產生多達10億次質子與質子的碰撞,而下一代超大型強子對撞機——稱為高亮度強子對撞機(HL-LHC)——“亮度”(單位截面碰撞發生的頻率)提高5至7倍,從而使2026年至2036年間的數據積累量增加約10倍。這意味著,物理學家將能夠研究更加罕見的現象并進行更精確的測量。

2012年,物理學家利用大型強子對撞機發現了希格斯玻色子,從而在理解粒子如何獲得質量方面取得了巨大進展。物理學家花了四十多年時間尋找這種亞原子粒子的蹤跡,但直到2013年才最終得以確認。(任天)

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