美实验证实:宇称不守恒可解释为何物质主导宇宙

2011-7-11 09:02 来源: 中国科学院
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  为什么宇宙中充斥着物质而非反物质?这是物理学领域最大的未解之谜。据英国《新科学家》网站7月6日报道,现在,美国费米实验室的最新实验认为,宇称不守恒或可解释物质为何能成为宇宙的主导。

  粒子物理标准模型认为,宇宙诞生伊始,物质和反物质一样多。如果情况真如此的话,在强烈的辐射下,物质和反物质相遇后会立即湮灭,那么,星系、地球乃至人类就都没有机会形成了。因此,有科学家进而提出,可能是由于物理定律存在轻微的不对称,使粒子的电荷不对称,导致宇宙大爆炸之初生成的物质比反物质略多了一点点,大部分物质与反物质湮灭了,剩余的物质才形成了我们今天所认识的世界,这就是所谓的宇称不守恒(CP violation)。

  现在,美国费米国家加速器实验室(Tevatron)Dzero实验小组的科学家,在一个名为Bs介子的粒子上发现了迄今最大的宇称不守恒,此前就有科学家预测,Bs介子里可能含有额外的宇称不守恒。

  Dzero实验小组成员、英国兰卡斯特大学的格纳迪·鲍里索夫表示,Bs介子是非比寻常的粒子,因为其能变成自己的反粒子又变回来,这使它们成为研究宇称不守恒的完美对象。

  去年,Dzero实验小组的科学家研究了制造出Bs介子的质子和反质子之间的碰撞,Bs介子接着衰变为介子。该团队发现,介子比反介子更多,这标志着制造出的物质比反物质更多,正如宇宙诞生之初的那样。

  然而,随着收集到的数据越来越多,科学家们开始对新的发现感到无所适从。现在,鲍里索夫和同事重复了该研究,新结果支持原来的结论。牛津大学的盖·威尔金森表示:“异常高的宇称不守恒最有可能解释物质和反物质之间的不对称。”

  科学家们表示,不管如何,仍然需要更进一步的研究来解释为何宇宙中充满物质。剑桥大学的凡尔伏·吉布森表示:“这个结果并不能解释所有与物质—反物质不对称有关的问题。但是,它可能标志着新的物理学。”

  与这个新的物理学有关的想法已经浮出水面,其中就包含所谓的超对称粒子。迄今为止,世界上最强大的加速器——大型强子对撞机(LHC)都没有探测到超对称的迹象,这让很多理论物理学家非常担心,但Dzero科研小组的发现可能正是他们孜孜以求的线索,他们表示,超对称性很容易解释这个测量结果。

  然而,Dzero小组的实验数据可能无法进一步对失衡的宇宙作出更多解释了,因为Tevatron将于今年9月关闭,而Dzero小组的科学家也已分析了其探测到的大多数Bs介子的数据。不过,大型强子对撞机底夸克实验(LHCb)也非常适合研究Bs介子和类似的粒子。参与LHCb实验的吉布森表示:“LHCb已经获得了足够多的数据来与费米实验室竞争。”他的科研团队有望于今年8月份在印度孟买举行的会议上宣布其结果。