科学家给出了反物质最精确的测量,却加深我们为何存在的疑问

科学家给出了反物质最精确的测量,却加深我们为何存在的疑问

让物理学家夜不能寐的问题之一:为什么宇宙中存在比反物质更多的物质

科学家们已经做出了最精确的反物质测量,结果只是加深为什么生命及其宇宙中的一切会存在的疑问。

新的测量结果表明,反物质和物质在非常高的精度上的表现完全相同。然而,这些新的测量方法无法回答物理学中最大的问题之一: 如果相等的物质和反物质在宇宙大爆炸期间形成,为什么我们今天的宇宙是由物质构成的?

我们预言宇宙是以对立面的平衡为基础的。对于构成物质的每一种"正常"粒子,都有一个质量相同的共轭反粒子,具备相反的电荷。比如电子具有相反的正电子,质子有反质子等等。

然而,当物质和反物质相遇时,它们相互湮灭,质量转化为能量。物理学家们认为,宇宙大爆炸应该产生了具有相同数量的物质和反物质,并且它们确保会与对方的相互湮灭,让原始宇宙失去生命的要件。然而,我们现在是在一个几乎完全由物质构成的宇宙中。

科学家给出了反物质最精确的测量,却加深我们为何存在的疑问

如果反物质和物质的行为方式一样,我们不知道为什么物质能在宇宙大爆炸中幸存下来,而反物质则没有?

回答这个问题的最好方法之一就是尽可能精确地测量物质及其共轭的反物质的基本性质,并比较这些结果。如果物质和相关反物质的性质之间有轻微的差别,那将能提供解决这个物理学最大问题的第一个线索。

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但是如果科学家想操纵反物质,他们必须使尽手段才能做到。近年来,一些物理学家开始研究反氢或者说是氢的反物质对应物,因为氢是"我们在宇宙中最好理解的物质之一",制造反氢原子通常涉及将90000个反质子与300万个正电子混合以产生50,000个反氢原子,其中仅有20个被28厘米长圆柱形管中的磁体捕获用于进一步研究。

在4月4日出版的自然杂志上发表的一项新成果中,研究了反氢原子在较低能态和高能态间跃迁时,发射或吸收的光的频率。

科学家给出了反物质最精确的测量,却加深我们为何存在的疑问

研究人员的测量结果显示,反氢原子的能级和吸收的光能量与其氢对应物一致,精确度为万亿分之二。

那么反物质的最精确测量甚至告诉我们什么?正如预期的那样,氢和反氢物质和反物质的行为是一致的。 现在,我们只知道它们在万亿分之几的测量中是相同的。然而,万亿分之二的测量并不排除这样的可能性,即这两种类型的物质的某些行为会在更高的精度水平上出现偏离。


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