02.29 為什麼人類無法找到反物質?為何要苦尋它——反物質

  為什麼“物質”構成了我們今天的宇宙

  我們經常在理論物理的相關內容中聽到或看到一個叫做“反物質”的概念。顧名思義,“反物質”是正常物質的相反狀態。這個概念最初是由英國物理學家保羅·狄拉克在1928年的論文中預測的。

為什麼人類無法找到反物質?為何要苦尋它——反物質

  反物質被提出的原因是為了解決與量子力學和宇宙起源之謎有關的問題。但是長期以來困擾物理學家的是為什麼我們今天很難看到所謂的反物質。換句話說,為什麼“物質”構成了我們今天的宇宙?

  因為物質和反物質具有完全相反的性質,所以當它們相遇時就會發生湮滅。因此,如果物質和反物質的數量在宇宙開始時是相同的,那麼宇宙中只剩下能量,沒有其他東西存在。然而,很明顯,物質在某些時候佔了上風。物質和反物質之間的不對稱關係仍然是一個未解之謎。

為什麼人類無法找到反物質?為何要苦尋它——反物質

  我們的世界沒有反物質,所以需要人工製造。

  然而,歐洲核研究中心的大型強子對撞機(LHC)最近取得了令人驚訝的結果。這臺大型強子對撞機是世界上最大的粒子加速器,物理學家可以用它進行理論物理研究。大型強子對撞機通過產生高能來碰撞質子,在碰撞過程中形成粒子和反粒子。我們的世界沒有反物質,這是人工製造反物質的方法之一。

  美國錫拉丘茲大學的夸克研究小組正與歐洲核子研究中心合作,希望從這些碰撞結果中找到新的發現。錫拉丘茲大學的研究人員特別關注魅力夸克。根據大型強子對撞機的數據,研究人員發現,迷倒的夸克在衰變為更穩定的產物之前可以存在一段時間。這意味著魅力夸克的物質-反物質轉換是不對稱的。這可能是物質超過反物質的原因之一。

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  我們知道夸克是一種基本粒子,夸克的結合導致穩定的強子,如質子和中子,它們組成了原子核。通過碰撞數據,物理學家可以瞭解粒子從不穩定到穩定的具體過程。夸克有六種“味道”,即上夸克和下夸克、迷津夸克、奇夸克以及頂夸克和底夸克。每對夸克都有相應的質量和電荷。

  這些發現可能預示著超越標準模型的新物理學。

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  過去,物理學家只在奇夸克和底夸克上發現了這種不對稱性。上夸克下夸克太穩定,頂夸克的壽命太短。這一發現剛剛完成了對整個夸克系統這一性質的研究。物質和包含迷走夸克的反物質基本粒子之間的衰變差異無疑是一個重大發現。

  研究人員表示,這一測量的確定性達到了99.9%,這些研究結果可能表明新的物理學超越了標準模型。標準模型描述了基本粒子之間的相互作用,但直到今天,它仍然是理論物理學未能完成的一座豐碑。

  我們正在等待從這個起點開始的理論嘗試和進一步的觀察結果。儘管新的發現沒有完全解釋為什麼反物質在今天很難看到,但物質的不對稱性——基本粒子中的反物質為回答正負物質的存在問題提供了一個看似可行的方向。



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