Breaking：重大反物質(zhì)發(fā)現(xiàn)可能有助于解開存在之謎

我們現(xiàn)在離理解 Universe 如何避免反物質(zhì)啟示。CERN 的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了物理學(xué)處理物質(zhì)和反物質(zhì)的方式存在根本差異的誘人線索。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) （LHC） 的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證了稱為重子的粒子的物質(zhì)和反物質(zhì)形式之間的不對(duì)稱性。

這種效應(yīng)被稱為電荷平價(jià) （CP） 違規(guī)，以前只在另一個(gè)粒子類，稱為介子.但是，構(gòu)成宇宙物質(zhì)大部分的重子的實(shí)驗(yàn)證據(jù)是物理學(xué)家所擁有的一直在尋找.

“它表明物質(zhì)和反物質(zhì)之間的細(xì)微差異存在于更廣泛的粒子中，這表明物理學(xué)的基本定律對(duì)重子和反重子的處理方式不同，”歐洲核子研究組織物理學(xué)家、該研究的第一作者楊雪婷告訴 ScienceAlert。

相關(guān)：物理學(xué)家可能已經(jīng)弄清楚了如何安全地運(yùn)輸反物質(zhì)

"宇宙中的物質(zhì)-反物質(zhì)不對(duì)稱性要求重子中的 CP 違背，因此這一發(fā)現(xiàn)是測(cè)試我們當(dāng)前理論的完整性的關(guān)鍵一步，也是探索新物理學(xué)是否可能隱藏在我們以前沒有足夠仔細(xì)觀察的地方的關(guān)鍵一步。

為了發(fā)現(xiàn)這一發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)分析了 2011 年至 2018 年間在 LHC 收集的數(shù)據(jù)中的大約 80,000 個(gè)粒子衰變事件。研究人員專注于稱為 lambda-beauty （Λb） 重子的粒子及其對(duì)應(yīng)的反物質(zhì)，尋找它們衰變方式存在差異的任何跡象。

如果 CP 是對(duì)稱的，則粒子的物質(zhì)和反物質(zhì)形式都應(yīng)該衰變成相同的 - 如果是鏡像的 - 產(chǎn)物。

然而，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)物質(zhì)和反物質(zhì)重子衰變之間存在 2.5% 的相對(duì)差異。

“這聽起來可能很小，但結(jié)果是具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義夠了，“楊說?！八砻?Λb 和抗 Λb 的衰變方式不完全相同，這提供了對(duì)重子中 CP 違例的觀察?！?/p>

重要的是，該發(fā)現(xiàn)達(dá)到了 5.2 西格瑪?shù)慕y(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這意味著觀察到的效果來自隨機(jī)波動(dòng)的幾率僅為 1000 萬(wàn)分之一。

這一發(fā)現(xiàn)對(duì)物理學(xué)具有重大影響——包括諸如“我們?yōu)槭裁丛谶@里”等基本問題。

盡管它的名字很怪異，但反物質(zhì)應(yīng)該是平凡的。它與常規(guī)物質(zhì)的主要區(qū)別在于具有相反的電荷。但這個(gè)看似微不足道的細(xì)節(jié)意味著，如果兩者相遇，他們將在一股能量中相互殲滅。

理論上，Big Bang不應(yīng)該偏愛一個(gè)而不是另一個(gè)，同時(shí)產(chǎn)生等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。如果是這樣的話，宇宙的全部?jī)?nèi)容都應(yīng)該有將自己炸得被遺忘在存在的最初幾分鐘，留下宇宙一個(gè)非常空曠的地方。

由于這顯然沒有發(fā)生，似乎有一些未知因素介入，因此產(chǎn)生的物質(zhì)比反物質(zhì)略多。今天存在的一切都——從星系到沙?！际怯稍谠缙阡螠缰行掖嫦聛淼囊恍〔糠纸M成的。

在一個(gè)簡(jiǎn)單的宇宙中，反轉(zhuǎn)粒子的電荷坐標(biāo)和空間坐標(biāo)——基本上，無論是物質(zhì)還是反物質(zhì)——都不應(yīng)該改變它在物理定律下的行為方式。

這個(gè)概念被稱為CP 對(duì)稱性，雖然它曾經(jīng)被認(rèn)為與能量守恒一樣不變，但標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)自 20 世紀(jì)中葉以來的物理學(xué)。

“CP 違規(guī)是解釋物質(zhì)-反物質(zhì)不對(duì)稱所需的基本要素之一。然而，物理學(xué)家估計(jì)，自然界中 CP 違規(guī)的數(shù)量必須比粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的要大得多，“楊說。

“這強(qiáng)烈表明，必須存在標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理場(chǎng)，從而提供額外的 CP 違規(guī)來源。研究不同系統(tǒng)（包括重子）中的 CP 違規(guī)，為標(biāo)準(zhǔn)模型提供了重要的測(cè)試，并可能提供超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理學(xué)的提示。

例如，反物質(zhì)有可能被引力排斥而不是被吸引——這意味著它會(huì)下落向上.為了驗(yàn)證這個(gè)想法，CERN 物理學(xué)家之前進(jìn)行了“跌落”測(cè)試并發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)確實(shí)像普通物質(zhì)一樣落下。在這方面，沒有違反 CP。

但新的探測(cè)表明，某些東西確實(shí)會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)和反物質(zhì)以不同的方式衰變。這一期待已久的確認(rèn)令人興奮，但仍然不夠。

“在重子衰變中觀察到的 CP 違例——就像在 LHCb 的新結(jié)果中一樣——與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)一致，因此它沒有提供足夠的 CP 違例來自行解決物質(zhì)-反物質(zhì)難題，”楊說?！暗鼮橹刈宇I(lǐng)域的 CP 違規(guī)行為打開了一扇新窗口，這在很大程度上是未被探索的?！?/p>

“物理學(xué)家正在尋找超出粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的 CP 違規(guī)的新來源。發(fā)現(xiàn)這樣的來源可能會(huì)導(dǎo)致新的物理學(xué)。

該研究發(fā)表在雜志上自然界.

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