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物質與反物質為何不對稱?答案或在引力波

日期:2022年08月29日

       现有的大爆炸理论认为, 我们生活的宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸, 但该理论也认为大爆炸产生了等量的物质和反物质, 当正物质和反物质相遇时会相互湮灭, 让一切消失。但宇宙中的一切都是存在的。中间发生了什么曲折离奇的故事?美国、日本和加拿大科学家最近提出的一项新理论认为, 早期宇宙中的相变导致中微子衰变为更多的粒子(比反粒子更多的粒子, 导致物质和反物质的数量发生偏差。这种相变也会产生宇宙弦, 宇宙弦也会产生引力波, 探测到这些引力波, 或许可以揭开正负物质不对称的谜团。对此, 我校天文学系教授蔡一夫中国科学技术大学物理系对科技日报记者表示:即使观测到宇宙弦产生的引力波, 可能还需要很多条件才能进一步证实上述观点。为解开正反物质不对称之谜提供了新的途径。现代宇宙大爆炸理论认为, 大爆炸开始时, 宇宙中产生了等量的物质和反物质。如果剧情继续这样下去, 那么物质和反物质最终会相遇并湮灭。但事实上, 我们现在生活的宇宙中, 到处都是星星, 充满了各种各样的物质, 这与上述理论相矛盾。
       因此, 宇宙要存在, 就必须将少量的反物质转化为物质, 使正负物质的量不平衡。科学家们认为, 物质的数量只需要大于反物质的数量即可。十亿分之一可以让宇宙保持活力存在。但是, 物质和反物质之间的这种不平衡是何时以及如何出现的?它仍然是一个未解之谜, 也是宇宙中最大的谜团之一。 “这是一个很难回答的问题, ”加州大学伯克利分校的博士后研究员 Jeff DeRoe 说。鉴于物质和反物质具有相反的电荷, 除非它们是电中性的, 否则它们不会相互转化。中微子是迄今为止我们所知道的唯一的电中性物质粒子, 科学家们对它们寄予厚望, 认为它们是完成这项神圣使命的完美候选者。
       已知存在三种类型的中微子:电子中微子、μ子中微子和τ中微子。但一些科学家提出, 可能存在第四种中微子:惰性中微子。其他科学家认为, 在暴胀之后, 宇宙经历了相变, 导致早期宇宙产生的惰性中微子衰变为更多的粒子(比反粒子更多), 从而使物质和反物质的数量重新洗牌。加拿大粒子与核物理实验室的博士后研究员格雷厄姆怀特说, 当宇宙的温度是当今宇宙中最热地方的温度的 1,

012 到 1, 024 倍时, 中微子的行为可能会确保宇宙的存在。 .那么, 如何检测这些惰性中微子呢?研究人员表示, 科学家们现在无法直接观察到惰性中微子, 因为惰性中微子的实验创造需要一个比大型强子对撞机强大得多的粒子。加速器, 所以只能用间接的方法来探测宇宙弦产生的引力波或者曲线救国的方法。该论文的共同作者, 日本东京大学“早期宇宙中的这种相变可能产生了宇宙弦, 它们本质上是时空中的拓扑缺陷, ”卡夫利​​宇宙物理与数学研究所的首席研究员 Hitomi Murayama 说。
       蔡一夫向科技日报记者解释:在我们的日常生活中, 相变比比皆是, 比如水结冰、铁磁体变为顺磁体等。我们的宇宙所经历的历史, 就是一个恒相热膨胀的历史。过渡。在这个过程中, 产生了基本粒子,

基本粒子凝聚成元素, 最终结合成我们所见过的熟悉的物质结构。蔡一夫进一步指出, 相变过程伴随着能量的释放, 而宇宙弦是宇宙发生相变时能量释放形成的能量结构, 类似于宇宙尺度上的绳索。那时的宇宙。德罗、村山瞳等人认为,

随着这些宇宙弦的不断演化, 会产生引力波, 而引力波的频谱与黑洞等天体物理源产生的引力波频谱有很大不同。未来的引力波观测站, 如平方公里阵列,

将于 2020 年年中开放(欧洲航天局的空间天线激光干涉仪将于 2034 年发射, JAXA 的分赫兹干涉引力波天文台等) , 或许能够探测到这些引力波。研究人员表示, 寻找这些宇宙弦产生的引力波还有其他用途, 比如寻找宇宙弦产生的高能中微子, 更精确地确定已知中微子的质量。因此, 蔡一夫认为, 宇宙弦产生引力波并不意外, 只是我们没有幸运地找到它的影子。而且, 即使我们探测到宇宙弦, 宇宙弦的产生机制也不是唯一的, 其背后的相变过程需要确认才能证实上述观点。此外, 蔡一夫强调, 如果宇宙弦带电, 可以利用多信使天文探测方法, 例如观测快速射电暴, 来测试这些超导宇宙线, 从而更多地辨别宇宙相变的线索。立体而清晰。

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