物质、反物质的不对称!
根据粒子物理学的标准模型 , 宇宙大爆炸期间应该产生等量的物质和反物质 。 但如果是这样 , 随着时间的推移 , 宇宙的全部东西都会通过碰撞而自我毁灭 , 让今天的宇宙变得非常空旷 。 显然 , 这并没有发生 。 我们肉眼所看到的一切 , 从沙子到大质量恒星都是由物质构成 。 那么所有的反物质发生了什么?它们去哪里了呢?
可能在某处 。 从理论上讲 , 反物质应该能够像普通物质一样聚集成恒星、行星和星系(只要周围没有普通物质) 。 这意味着宇宙中可能存在反物质占主导地位的角落 , 而且它可能没有你想象的那么远 。 一些科学家认为 , 反物质恒星可能潜伏在我们自己的星系中 , 就像普通恒星一样发光 , 或许我们可以通过正反物质湮灭产生的伽马射线暴来识别这些“反恒星” 。
不过很快有科学家打破了这个想法 , 即使宇宙的物质和反物质区域被广阔的星际空间隔开 , 沿边界仍然会发生相当规律的湮灭事件 。 这将导致尚未观测到的清晰伽马射线信号 , 从而使可观测宇宙中不太可能存在以反物质为主的区域 。
因此 , 目前学界主流思路是 , 在宇宙的早期 , 某些东西导致了物质与反物质的比例不平衡 , 最终导致一种比另一种多一点 。 这意味着今天宇宙中的所有物质只是曾经存在过的物质的一小部分——只有100亿分之一 , 是在一场反物质湮灭的宇宙灾难之后留下的 。
那么是什么导致了这种不平衡呢?有几个假设 。
一种观点是中微子的存在 , 由于零的对立面仍然为零 , 中微子可能是它们自己的反粒子 。 当早期宇宙经历转变时 , 它们可以将一些反物质转化为物质 。 而其他亚原子粒子 , 像粲介子(charm meson) , 在实验室中被发现在物质和反物质之间切换 。 如果出于某种原因 , 从反物质到物质的转变对它们来说比相反更容易 , 那么它们可能在宇宙历史的早期就造成了不平衡 。
另一种观点指向了称为轴子的假设粒子 。 据预测 , 它们非常轻 , 没有电荷 , 以波浪的形式漂浮在宇宙中 , 很少与其他物质相互作用 。 它们在早期宇宙中开始振荡 , 产生的物质比反物质多一小部分 。 同时它们的存在不仅可以解决物质-反物质不对称问题 , 还可以同时解决另外的宇宙难题——它们也是暗物质候选者 , 它们填补了我们对粒子物理学理解的另一个漏洞—— CP 破坏(CP violation)问题 。
最后 , 因反物质生产和储存的效率太低 , 研究反物质困难重重 , 相信反物质谜团可能会在很长一段时间内继续困扰科学家 。
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