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研究:镜像宇宙实验或可解暗物质之谜

(ShutterStock)

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【大纪元2019年06月19日讯】(大纪元记者张妮编译)“镜像宇宙”是现今物理学一个探索热点。一些物理学家认为镜像宇宙与暗物质之间有着重要的联系。在各种探测暗物质的实验多年一无所获的情况下,科学家们开始设计实验寻找镜像宇宙存在的证据,希望从另一个角度了解暗物质。

《新科学家》(New Scientist)杂志介绍了两个近期进行的寻找镜像宇宙存在证据的实验。

实验一

一个是位于田纳西州橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的物理学家Leah Broussard和她的组员设计的一个简单实验。

他们用一台仪器向一堵墙发射中子束(neutron),墙的两面设有不同的变化的磁场,在墙的另一面设置中子探测器。

如果墙后面的仪器探测到任何中子的踪迹,科学家们认为是“中子震荡进入镜像宇宙,又震荡回到这个宇宙”的有力证据。Broussard说,墙的两面布置的磁场是为了“提高中子震荡进入镜像宇宙的几率”。

中子衰变周期的诡异

为什么选择中子做这个实验?Broussard说这是由于中子衰变的一个怪异的特性。

她解释说,位于原子核内的中子极其稳定,而在原子核之外它们会衰变为质子、电子和反中微子(anti-neutrino)。按说,所有的中子衰变周期是一样长,但奇怪的是现在科学家根据测量方法的不同测到的衰变时间差异很大。

一种方法把中子禁锢在容器里,一定时间后测量剩下的中子数量;另一种方法测量核反应仪器发出的中子束中产生质子的数量。

科学家从第一种方法测得中子衰变周期为14分39秒;第二种方法测得14分48秒。

有的科学家认为“镜像宇宙”可以解释这种差异。他们认为中子在我们这个宇宙和镜像宇宙都有“居住权”,可自由来往,因此当中子“溜到”镜像宇宙中去时,他们衰变出来的质子没被这个宇宙的仪器探测到,从而造成这种差异。

实验二

另一个实验由瑞士保罗谢尔研究所(Paul Scherrer Institute,简称PSI)的Klaus Kirch和同事设计。他们向禁锢在容器中的中子施加不同强度的磁场,目标是探寻镜像磁场的信号。

Kirch说,这将是中子在两个宇宙中震荡的证据,有可能得到支持Broussard团队实验的结果。

Kirch团队已经完成了他们的实验,正处在数据分析阶段。

理论背景

田纳西州大学镜像物质研究员、Broussard的合作者Yuri Kamyshkov说:“虽然找到任何线索的可能性很小,但这是简单、低成本的实验,而且一旦有任何发现,将为物理学带来变革。”

一些物理学家认为镜像宇宙可以解释物理界许多未解之谜,包括暗物质

纽约城市学院(City College of New York)理论物理学家Michio Kaku说:“暗物质是巨大的物质,具有引力,不可见,它与光或电磁场都不会发生作用。一种理论认为,暗物质可能是一种在我们之上的另一个空间内一种普通的物质。”

Kaku还说,当然这只是关于暗物质多种理论中的一种,弦理论认为暗物质是高维八度空间的弦振动。

另一种认为镜像宇宙如此吸引人投入研究的原因是数据上的推测。物理学家发现暗物质数量巨大,几乎是普通物质的5倍之多。由此推测,镜像宇宙形成初期温度比我们所在的宇宙低得多,这个差异让粒子容易跑到那边宇宙中去,导致这边宇宙的一个粒子,在镜像宇宙中有5个对应粒子。◇

责任编辑:朱涵儒

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2019-06-19 3:27 PM
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