研究:假设粒子“轴子”可能帮助解开宇宙三大谜团

据外媒报道,粒子物理学的标准模型(Standard Model)在解释宇宙方面做得相当不错,但它仍有一些漏洞。现在,一项新的研究提出了一个假想的粒子--轴子--将可能帮助解开宇宙中三个独立的、巨大的谜团--包括我们人类为什么会在这里。

如果轴子存在,那么它应该非常轻--比质子轻数十亿倍--而且没有电荷。它们基本上应该到处漂浮,但很少跟其他物质相互作用。所有这些都使得它们很难被探测到,这可能就是人类还没有找到它们存在的直接证据的原因。

在这项新研究中,来自密歇根大学和高级研究所(Institute For Advanced study)的研究人员认为,在早期,轴子可能从根本上拯救了我们所处的宇宙,使其免于自我毁灭。

无论从哪个方面来看,大爆炸应该产生了等量的物质和反物质。问题是,一旦这两者相遇,它们就会在能量的爆发中毁灭对方。这意味着,如果有等量的物质和反物质,它们早就应该相互抵消了。但今天我们人类仍在这里--在一个充满普通物质的宇宙中。于是反物质的去向就成了物理学中最大的谜团之一。

根据最新的这项研究,轴子可能就是答案。研究小组认为,在宇宙形成早期,轴子场开始振荡,这种振荡产生的物质只比反物质多一点点。即使这种不平衡只是100亿分之一也会留下足够的物质来形成我们今天周围的一切。

研究小组将这种机制叫做“轴子起源(axiogenesis)”。然而物质-反物质的不对称性并不是轴子被提出用来解决的唯一问题。

1977年,物理学家Roberto Peccei和Helen Quinn为了在标准模型中填补一个特殊的洞首次提出了轴子的假设。中子不会跟电场相互作用--但它们应该跟电场发生作用,这是因为它们是由被称为夸克的更小粒子组成,而夸克带电并会跟电场相互作用。于是中子不跟电场相互作用的问题被认为是强CP问题。

研究人员认为,轴子能够切断中子跟电场之间的这种相互作用从而有效地解决这个难题。但这还不是全部。几年后,科学家们意识到,轴子也是暗物质的一种简便解释。

几十年的天文观测一再表明,宇宙中存在着比人类所能看到的更多的物质。在可见质量的引力作用下,星系团将无法将自己维系在一起,科学家通过计算发现多达85%的物质都是未知的。这种看不见的物质也就是大家熟悉的暗物质。

暗物质到底是什么,对于这个问题人们争论了几十年并由此提出了许多不同的候选粒子。不断出现的主要竞争者之一就是轴子。如果在一个普遍的领域中聚集了足够多的暗物质,它们额外的质量就可以解释暗物质所产生的奇怪的引力效应。

多年来,物理学家一直在寻找轴子存在的证据,他们使用实验设备来寻找轴子跟中子或电磁之间罕见的相互作用。然而截止到目前为止,他们仍未发现它们的迹象。

如果它们能被找到,很显然它们可能会比人们想象中的药更有价值,因为这不仅意味着发现了暗物质,而且可以一下子解决强CP问题和物质-反物质的不对称性问题。

这项研究的作者之一Raymond Co指出:“轴子在解决基础物理之谜方面的多功能性真的很惊人。我们对轴子的这一新侧面所能带来的未被探索的理论可能性感到兴奋。更重要的是,实验可能很快就会告诉我们,大自然的奥秘是否真的暗示着轴子的存在。”

稿源:cnBeta

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