為什麼宇宙中物質比反物質多?中微子可能會給我們答案!

宇宙充滿了物質,但是這些物質的存在到底是為了什麼?誰也不知道。

我們知道物質是如何產生的,甚至可以在實驗室裡產生物質,但這裡有個難題。每次我們在粒子加速器中製造物質,我們都會得到等量的反物質。這對於實驗室來說是完美的,但是如果大爆炸產生了等量的物質和反物質,這兩種物質會在早期相互毀滅,留下一個光子的宇宙海洋。但顯然這不符合現實。

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我們所見的都是物質,很顯然,物質比反物質要多得多,為什麼宇宙中物質比反物質多呢?它仍然是宇宙學中最大的謎團之一,而這一切都歸結於物理學中的對稱性。物理學的大部分原理都植根於守恆和對稱性原理。空間似乎在所有方向上都是科學家集聚了大量的研究關注如何以及何時打破對稱性。在粒子物理學中尤其如此。既然粒子是在宇宙早期被創造出來的,這也有助於我們理解宇宙是如何形成的。在宇宙學中,最重要的是CP對稱。

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CP代表電荷奇偶性,它代表兩個對稱的組合。電荷對稱意味著一個完全由物質構成的宇宙和一個由反物質構成的宇宙應該以同樣的方式運行。也就是說,它們應該是對稱的。奇偶性可以描述為鏡像。如果你照鏡子時舉起右手,你的形象就會舉起左手。奇偶性對稱意味著,如果宇宙中左右顛倒,什麼也不會改變。

如果CP對稱總是成立,那麼我們的物質宇宙就不可能存在。但我們知道CP對稱性有時會被破壞。例如,在1964年,人們發現了一種叫做“Kaon”的中性粒子,它有兩種不同的類型,它們都是CP雙粒子。如果CP對稱是守恆的,那麼這兩種類型的介子應該以相同的速率衰變。我們發現這兩種Kaon類型的衰變速率略有不同。兩者之間的差異有千分之三,很顯然它們不是完全對稱。

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還有其他已知的例子,但問題是,即使你把它們都結合起來,也不足以解釋一個只有物質的宇宙。至少有另一種方法可以破壞CP對稱。根據發表在《自然》雜誌上的新研究,答案可能是中微子。

中微子不帶電荷,但它們確實以物質和反物質的形式出現,所以CP對稱仍然適用於它們。問題是,它們是出了名的難以察覺。而且即使你探測到它們,也很難區分中微子和反中微子。

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近日嗎,有研究小組控制了中微子束,他們可以分辨出他們探測到的是中微子還是反中微子。他們收集了十多年的數據,發現了一種叫做中微子振盪效應的CP破壞。



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