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粒子物理里程碑:为何宇宙中正物质比反物质多

时间:2023-06-23 05:27:01

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粒子物理里程碑:为何宇宙中正物质比反物质多

物理学家认为这个宇宙中任何粒子都存在其对应的反粒子,即在完全对等的情况下,电荷相反的粒子。当正反物质相遇时,就会湮灭成一道能量而消逝。

欧洲核子研究中心的大型强子对撞机。

对氢原子和反氢原子的精确研究显示,两者各项参数的差别不到十亿分之一,只是电荷相反。科学家们还普遍认为,宇宙在约140亿年前大爆炸诞生后有着等量的正反物质,但这就牵扯一个长期令人困惑的问题:为什么我们周围都是正物质,反物质如此罕见呢?如果总是等量存在,我们的世界恐怕早已不存在了。

自然界中很多东西都有放射性,只是很微弱,对人体不会产生什么影响。而在放射过程中,自然地会产生反物质,比如钾-40的衰变。香蕉中含有钾元素的多种同位素,主要有K39、K40和K41三种,其中K40具有放射性。

欧洲核子研究中心(CERN)研究者Marco Gersabeck写到:“这意味着香蕉(含有钾)每75分钟放出一个正电子”。但总体上,我们周遭的世界中正物质远比反物质多。

CERN最近完成的一项实验可能解答了这个科学界的大难题。

实验发现,含有一个夸克和反夸克的介子可以同时发生正反介子之间的转换,但是反夸克变成夸克的几率比夸克变成反夸克的几率大得多,也就是物理界所称的“CP破坏”(CP violation),或CP不守恒。随着时间的流逝,宇宙中积累了越来越多的正物质。

目前所知夸克有六个味态,包括上(up)、下(down)、顶(top)、底(bottom)、粲(charm)和奇(strange)。在此之前,科学家仅观察到同是负电荷的奇夸克和底夸克的不对称转换。理论认为,粲夸克是唯一会出现不对称转换的正电荷夸克,但一直没有观测到。

这次的新实验中,研究者们从由粲夸克构成的D介子粒子中也观察到了这种不对称转换。他们分析了大型强子对撞机(LHC)在2011~2018年七年间的实验记录,检查D介子和反D介子的衰变过程,证实了其不对称性。

研究者们认为,D介子发生不对称性转换的机制和奇夸克和底夸克的机制不同,但这将意味着观测到其它类型正反物质不对称性的可能性。

CERN研究和计算中心主任Eckhard Elsen说:“这个结果是粒子物理上的一个里程碑。40多年前D介子刚被发现的时候,粒子物理学者们就怀疑它存在CP破坏,但直到现在,利用全套实验数据,LHC合作组才终于观察到这个结果。”

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网友评论
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显示评论内容(2)
  1. 不念丶则忘。丿2023-11-19 15:58不念丶则忘。丿[河南省网友]122.200.82.153
    这个发现可能会彻底改变我们对宇宙起源和组成理解让人对未研究充满期待。
    顶8踩0
  2. 那季血很红2023-09-05 22:42那季血很红[重庆市网友]103.228.160.231
    这真是令人兴奋发现正物质比反物质多现象背可能隐藏着宇宙形成奥秘。
    顶10踩0
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