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世界上最大的原子加速器可能刚刚发现了宇宙存在的证据

科技 2020-01-05 20:21:03

有史以来第一次,世界上最大的原子加速器的物理学家们观察到粒子和反粒子衰变的不同,反粒子包含了物质的基本组成部分,被称为魅力夸克。

“这是一个历史性的里程碑,”雪城大学(Syracuse University)物理学教授、这项新研究的合作者之一谢尔顿·斯通(Sheldon Stone)说。

物质的每个粒子都有一个反粒子,反粒子的质量相同,但电荷相反。当物质和反物质相遇时,它们彼此湮灭。这是一个问题。大爆炸本应产生等量的物质和反物质,而所有这些粒子本应迅速相互毁灭,只留下纯粹的能量。奇怪的夸克和介子,天哪!自然界中最微小的粒子被解剖]

CP违例的概念来自于俄罗斯物理学家Andrei Sakharov,他在1967年提出这个概念是为了解释为什么物质能在大爆炸中幸存下来。

“这是我们存在的必要标准之一,”斯通说,“所以理解CP违反的起源是很重要的。”

有六种不同类型的夸克,它们都有各自的特性:上夸克和下夸克,上夸克和下夸克,魅力夸克和奇异夸克。1964年,物理学家们首次在现实生活中观察到奇怪夸克的CP破坏现象。2001年,他们看到了底夸克粒子的情况。(这两项发现都为相关研究人员带来了诺贝尔奖。)物理学家们早就建立了理论,认为这种情况也会发生在含有魅力夸克的粒子上,但从来没有人见过。

斯通是大型强子对撞机(LHC)美丽实验的研究人员之一,该实验使用的是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机,这台位于法国和瑞士边境的大型强子对撞机长16.5英里(27公里),它将亚原子粒子相互倾轧,以重现大爆炸后令人难以置信的能量闪光。当粒子相互碰撞时,它们会分解成组成部分,然后这些组成部分会在几秒内衰变为更稳定的粒子。

最新的观测涉及到被称为介子的夸克的组合,特别是D0介子和反D0介子。D0介子由一个魅力夸克和一个反上夸克(上夸克的反粒子)组成。反d0介子是一个反魅力夸克和一个上夸克的组合。

这两个介子都以多种方式衰变,但其中有一小部分最终成为介子,称为介子或介子。研究人员测量了D0介子和反D0介子的衰变率的差异,这一过程涉及到间接测量,以确保他们不仅测量了两个介子初始产量的差异,或者他们的设备检测各种亚原子粒子的能力的差异。

底线?衰变的比率相差0.1个百分点。

“这意味着D0和反D0的衰变速率不同,这就是我们所说的CP破坏,”斯通说。

这让事情变得有趣。斯通说,衰变的差异可能不足以解释大爆炸后留下这么多物质的原因,但也足以令人感到惊讶。但现在,他说,轮到物理理论家来研究数据了。[大爆炸对文明:10个惊人的起源事件]

物理学家们依靠所谓的标准模型来解释亚原子尺度下的一切。斯通说,现在的问题是,标准模型做出的预测是否能够解释该团队刚刚做出的魅力夸克测量,或者是否需要某种新的物理学——斯通说,这将是最令人兴奋的结果。

“如果这只能用新物理学来解释的话,那么新物理学就可以包含CP违反从何而来的想法,”他说。

研究人员在欧洲核子研究中心的网络广播中宣布了这一发现,并在网上发表了一篇论文的预印本,详细介绍了研究结果。


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