神秘希格斯玻色子可能導(dǎo)致宇宙中反物質(zhì)消失

物理學(xué)家研究了三種理論上的希格斯玻色子類型，推測它們在消除宇宙大部分反物質(zhì)中起了關(guān)鍵作用

　　北京時間 10 月 14 日消息，據(jù)國外媒體報道看，近日一項新研究稱，三種尚未被觀測到的希格斯粒子可能已經(jīng)導(dǎo)致宇宙中幾乎所有的反物質(zhì)消失。反物質(zhì)是粒子物理學(xué)中反粒子概念的延伸，當(dāng)物質(zhì)與反物質(zhì)結(jié)合時，會像粒子和反粒子結(jié)合一樣，發(fā)生湮滅并釋放出高能光子(伽馬射線)或其他能量較低的正反粒子對。目前，科學(xué)家還未在宇宙中找到反物質(zhì)，這種正反物質(zhì)的不對稱性成為現(xiàn)代物理學(xué)中最大的謎團之一。

　　希格斯玻色子是標(biāo)準(zhǔn)模型里的一種基本粒子，極不穩(wěn)定，生成后會立刻衰變。2012 年，物理學(xué)家利用大型強子對撞機(LHC)證實了希格斯玻色子的存在。在預(yù)印本雜志 arXiv 上發(fā)表的一篇論文中，來自紐約布魯克海文國家實驗室和堪薩斯大學(xué)物理與天文系的三位理論物理學(xué)家描述了一項新的理論。他們表示，有三種類型的希格斯玻色子可能使物質(zhì)與反物質(zhì)發(fā)生碰撞，導(dǎo)致反物質(zhì)幾乎完全消失。

　　在宇宙中，常規(guī)物質(zhì)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過反物質(zhì)的數(shù)量。現(xiàn)有的研究結(jié)果顯示，宇宙中每發(fā)現(xiàn)一個反物質(zhì)粒子，就有大約 10 億個物質(zhì)粒子，盡管事實上，每一次亞原子反應(yīng)都會產(chǎn)生等量的反物質(zhì)粒子和物質(zhì)粒子。

　　有科學(xué)家提出理論，認(rèn)為反物質(zhì)可能在宇宙形成后很快就消失了，而在大爆炸之后的宇宙中，希格斯玻色子發(fā)揮了關(guān)鍵作用。因此，研究人員開始對希格斯玻色子展開研究。具體來說，他們假定存在三種尚未被發(fā)現(xiàn)的希格斯粒子，稱為“希格斯三駕馬車”(Higgs Troika)，它們很可能對反物質(zhì)的消失負(fù)有責(zé)任。

　　研究人員表示，這三種粒子，連同可能構(gòu)成早期宇宙特征的大量能量，可能導(dǎo)致了常規(guī)物質(zhì)的匯集。在這個由物質(zhì)和反物質(zhì)組成的高能量湯中，新產(chǎn)生的物質(zhì)與對應(yīng)的反物質(zhì)直接結(jié)合，然后湮滅，最終消除了幾乎所有反物質(zhì)。

　　研究人員已經(jīng)對這一理論進行了初步驗證。他們指出，這三種粒子不同的衰變速度可能創(chuàng)造了一場“完美風(fēng)暴”，使常規(guī)物質(zhì)在能量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了反物質(zhì)，從而創(chuàng)造了今天科學(xué)家觀察到的近十億比一的比例。

　　在大型強子對撞機的研究中，科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)新型希格斯粒子方面也取得了一些進展，這意味著，可能還存在著更多物理學(xué)家尚不知曉的希格斯粒子。盡管該研究仍處于理論階段，但研究人員表示，這些結(jié)果為研究正反物質(zhì)不對稱問題提供另一條途徑，可能使解決宇宙形成之謎又近了一步。

　　大型強子對撞機

大型強子對撞機(如圖)于 2015 年 4 月 5 日重新啟動，此前進行了兩年的維護和升級

　　大型強子對撞機(LHC)是世界上規(guī)模最大，也是能量最強的粒子加速器，位于瑞士和法國邊境的地下隧道中，長度達 27 公里。2008 年，大型強子對撞機射出了第一道質(zhì)子束，正式開始粒子對撞則是在 2010 年。在大型強子對撞機的環(huán)形隧道內(nèi)，質(zhì)子束以接近光速運動，并在 4 個相互作用點發(fā)生碰撞。

　　在加速器通道內(nèi)，放置著兩個質(zhì)子束管，兩束高能粒子束的方向相反，在碰撞前會以接近光速運動。加速管由超導(dǎo)電磁鐵包覆，以液氦冷卻。這些電磁鐵由特殊的電纜線圈構(gòu)成，在超導(dǎo)狀態(tài)下工作，能有效地導(dǎo)電而不產(chǎn)生電阻或能量損失。

　　對撞機的 4 個相互作用點分別設(shè)有 5 個偵測器，可以對碰撞中產(chǎn)生的新粒子進行探測。通過分析這些碰撞，來自世界各地的物理學(xué)家正不斷加深人類對自然規(guī)律的理解。

　　大型強子對撞機每秒能產(chǎn)生多達 10 億次質(zhì)子與質(zhì)子的碰撞，而下一代超大型強子對撞機——稱為高亮度強子對撞機(HL-LHC)——“亮度”(單位截面碰撞發(fā)生的頻率)提高 5 至 7 倍，從而使 2026 年至 2036 年間的數(shù)據(jù)積累量增加約 10 倍。這意味著，物理學(xué)家將能夠研究更加罕見的現(xiàn)象并進行更精確的測量。

　　2012 年，物理學(xué)家利用大型強子對撞機發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，從而在理解粒子如何獲得質(zhì)量方面取得了巨大進展。物理學(xué)家花了四十多年時間尋找這種亞原子粒子的蹤跡，但直到 2013 年才最終得以確認(rèn)。
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