“轴心”粒子解决了宇宙的三个奥秘

2020年3月23日 0 作者 atuo

假设的粒子称为轴突可以解决物理学中的一个大谜团:物质超过反物质,或者为什么我们根本不在这里。

根据粒子物理学的标准模型,当我们的宇宙诞生时,物质和反物质的相遇本应相互消灭。那意味着什么都不会存在-没有地球,没有太阳,没有星系,也没有人类。但是我们做到了。

密歇根大学的物理学家和博士后研究员雷蒙德·科雷说:“标准模型存在明显的矛盾。为什么整个宇宙充满了物质,而反物质却很少?”

粒子物理学的标准模型解释了宇宙中的三个基本力:电磁力,弱力和强力。电磁力是任何带电荷粒子之间的力。弱力导致中子破裂,而强力则解释了为什么中子和质子等亚原子粒子会结合在一起。

但是标准模型中存在一些矛盾,其中之一是物质和反物质之间的不平衡。标准模型也没有解释暗物质的存在,也没有解释观察到的中子性质。

为了解决中子问题,物理学家在1977年提出了一种假设的粒子,称为轴心。五年后,人们发现该斧头也能够解决暗物质问题。现在,共同研究者和共同研究者之一的高级研究人员Harisaya Keisuke认为,轴子可能解释了另一个问题:物质与反物质之间的不平衡。他们的研究结果将于3月17日发表在《物理评论快报》上。

假设的粒子轴突是无限轻的-比质子轻至少十亿倍,并且几乎不与正常物质相互作用。这解释了为什么即使使用允许我们检测质子,中子和电子的仪器仍未检测到它们。

最初假设轴是为了解决被称为强CP问题的矛盾。正如您可能在高中物理中学到的那样,电子带负电,质子带正电,中子不带电。但是,中子由更多的称为夸克的基本粒子组成,它们确实具有电荷。因此,物理学家期望中子与电场相互作用。但是他们没有。如果存在轴,它将关闭中子与电场之间的相互作用,从而解决强CP问题。

轴也可能是暗物质的良好候选者,暗物质用于解释星系的旋转速度,这是标准模型的另一个矛盾之处。如果星系以当前旋转的速度旋转,并具有基于发光物质的重力(我们可以看到,因为它发光),所以它们会飞散。只是没有足够的重力将它们固定在一起。科学家认为,在星系中必须存在大量物质,例如广阔的轴心,我们看不到能解释星系旋转速度的物质。

现在,Co和Harigaya建议,轴也可以解决物质和反物质的不平衡问题。以前,物理学家认为,在宇宙大爆炸之后的早期,轴突场最初是静止的,并随着宇宙变冷而开始振荡。

Co说:“您可以将轴想象成一个塑料苏打瓶中的球,并且该球在塑料苏打瓶的最低点附近来回摆动。”

相反,研究人员建议,在早期阶段,轴突场具有更有趣的动态。Co说,想象一下塑料汽水瓶。在沿着瓶子的底部来回滚动之前,斧头绕着瓶子的主体旋转成圆形。Co和Harigaya认为,通过强力和弱力的相互作用,轴的旋转产生的物质只比反物质多一点。当物质和反物质走到一起时,不是完全消灭它,而是留下了千亿分之一的物质来形成我们今天所看到的世界。

Harigaya说:“轴突是理论粒子物理学家首先提出的。” “自那时以来,理论和实验粒子物理学家,天体物理学家和宇宙学家一直一起研究​​轴突。由于旋转,我们揭示了轴突在宇宙学中的新作用。我们希望我们的工作能进一步促进跨学科研究。”

Co说:“人们总是想知道我们为什么会在这里,而这就是从技术上讲,物对物的不对称性。” “我们的工作令人兴奋的是,轴被同时解释了粒子物理学中的所有三个问题:暗物质,物质-反物质不对称性和强CP问题。由于在此轴结构中没有同时研究这些问题,在这个问题上需要做很多工作。最显着的是,这个轴心框架将在不久的将来用于实验测试。”

未来的相关工作可能包括对重力波和中微子质量起源的研究。