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实验证实：宇称不守恒可解释为何物质主导宇宙

2011年07月10日 09:53     来源：科学网

 

不能解释与物质—反物质不对称相关所有问题，但标志着新物理学

        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。

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