粒子物理里程碑:爲何宇宙中正物質比反物質多?

人氣 646

【大紀元2019年04月01日訊】(大紀元記者張妮編譯)物理學家認為這個宇宙中任何粒子都存在其對應的反粒子,即在完全對等的情況下,電荷相反的粒子。當正反物質相遇時,就會湮滅成一道能量而消逝。

對氫原子和反氫原子的精確研究顯示,兩者各項參數的差別不到十億分之一,只是電荷相反。科學家們還普遍認為,宇宙在約140億年前大爆炸誕生後有著等量的正反物質,但這就牽扯一個長期令人困惑的問題:為什麼我們周圍都是正物質,反物質如此罕見呢?如果總是等量存在,我們的世界恐怕早已不存在了。

自然界中很多東西都有放射性,只是很微弱,對人體不會產生什麽影響。而在放射過程中,自然地會產生反物質,比如鉀-40的衰變。香蕉中含有鉀元素的多種同位素,主要有K39、K40和K41三種,其中K40具有放射性。

歐洲核子研究中心(CERN)研究者Marco Gersabeck寫到:「這意味著香蕉(含有鉀)每75分鐘放出一個正電子」。但總體上,我們週遭的世界中正物質遠比反物質多。

CERN最近完成的一項實驗可能解答了這個科學界的大難題。

實驗發現,含有一個夸克和反夸克的介子可以同時發生正反介子之間的轉換,但是反夸克變成夸克的幾率比夸克變成反夸克的幾率大得多,也就是物理界所稱的「CP破壞」(CP violation),或CP不守恆。隨著時間的流逝,宇宙中積累了越來越多的正物質。

目前所知夸克有六個味態,包括上(up)、下(down)、頂(top)、底(bottom)、粲(charm)和奇(strange)。在此之前,科學家僅觀察到同是負電荷的奇夸克和底夸克的不對稱轉換。理論認為,粲夸克是唯一會出現不對稱轉換的正電荷夸克,但一直沒有觀測到。

這次的新實驗中,研究者們從由粲夸克構成的D介子粒子中也觀察到了這種不對稱轉換。他們分析了大型強子對撞機(LHC)在2011~2018年七年間的實驗記錄,檢查D介子和反D介子的衰變過程,證實了其不對稱性。

研究者們認為,D介子發生不對稱性轉換的機制和奇夸克和底夸克的機制不同,但這將意味著觀測到其它類型正反物質不對稱性的可能性。

CERN研究和計算中心主任Eckhard Elsen說:「這個結果是粒子物理上的一個里程碑。40多年前D介子剛被發現的時候,粒子物理學者們就懷疑它存在CP破壞,但直到現在,利用全套實驗數據,LHC合作組才終於觀察到這個結果。」◇

責任編輯:朱涵儒

相關新聞
最新研究確認反物質與正物質差別不大
反物質試驗顯示存在「鏡面宇宙」
科學家期待以微觀試驗挑戰宇宙大爆炸學説
四大未解天文謎團 挑戰基本宇宙觀
最熱視頻
【一線採訪視頻版】遊青島返粵 民眾遭強制隔離
大疫下解救有道 歷史啟示帶您闖過中共肺炎
【珍言真語】梁錦祥:拜登醜聞曝中共靠港漂白
【有冇搞錯】一帶一路遭毛思想打擊
【大選觀察】拜登的燙手山芋:擴充最高法院
【重播】川普亞利桑那演講「讓美國再次偉大」
如果您有新聞線索或資料給大紀元,請進入安全投稿爆料平台
評論