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最大的宇宙奧秘“靠近”解決方案
發布時間︰ 2020-4-17
  恆星,星系,行星以及構成我們日常生活的幾乎所有事物都歸因于它的存在。
  這種怪異的性質使事物以反物質為代價支配宇宙,這仍然是一個謎。
  現在,日本一項實驗的結果可以幫助研究人員解決這一難題-科學領域中最大的難題。
  它取決于物質和反物質粒子行為方式的差異。
  我們所熟悉的世界-包括我們可以觸摸的所有日常物體-是由物質組成的。物質的基本組成部分是亞原子粒子,例如電子,夸克和中微子。
  但是物質有一個陰暗的對應物,叫做反物質。普通物質的每個亞原子粒子都有一個對應的“反粒子”。
  今天,在宇宙中,有比反物質更多的事情。但這並不總是這樣。
  大爆炸應該創造了同等數量的物質和反物質。
  謝菲爾德大學的李?湯普森教授說︰“當粒子物理學家在加速器中產生新粒子時,他們總是發現它們會產生粒子-反粒子對︰對于每個負電子,一個帶正電的正電子(電子的反物質對應物)。” 350強T2K合作中的一部分,其中包括來自英國大學的大量科學家。
  “那麼,為什麼宇宙不存在50%的反物質?這是宇宙學中一個長期存在的問題-反物質發生了什麼?”
  但是,當物質粒子遇到其反粒子時,它們會“ an滅”-消失在能量中。
  在大爆炸的一秒的第一部分中,熾熱,密集的宇宙嘶嘶作響,粒子反粒子對突然出現並消失。如果沒有其他未知的機制發揮作用,那麼宇宙應該只剩下剩余的能量。
  曼徹斯特大學粒子物理小組負責人斯特凡?索爾德納-倫博德教授對英國廣播公司新聞說︰“這將很無聊,而我們不會在這里。”
  這就是T2K實驗的起點。T2K位于日本飛ida神岡地區地下的超級神岡岩中微子觀測所。
  研究人員使用該設施的探測器觀察中微子及其對應的反中微子,它們在東海的日本質子加速器研究中心(J-Parc)產生了295公里。T2K代表東海到神岡。
  當它們穿過地球時,顆粒和反顆粒會在不同的物理特性(稱為風味)之間振蕩。
  物理學家認為,發現中微子和反中微子的物理特性存在差異或不對稱,可能有助于我們理解為什麼物質與反物質相比如此普遍。這種不對稱稱為電荷共軛和奇偶性反轉(CP)違反。
  這是俄羅斯物理學家安德烈?薩哈羅夫(Andrei Sakharov)在1967年提出的三個必要條件之一,必須滿足這些條件以不同的速率生產物質和反物質。
  在分析了9年的數據後,研究人員通過記錄到達Super Kamiokande的數字與他們所創造的風味不同的數字,發現中微子和抗中微子的振蕩方式不匹配。
  結果也達到了統計上的顯著水平-稱為三西格瑪-足夠高,表明這些粒子中發生CP違規。
  研究結果已發表在《自然》雜志上。
  StefanS?ldner-Rembold說︰“雖然夸克的CP違規行為在實驗上已經很成熟,但從未發現中微子違反CP行為。”
  “違反CP對稱性是存在以物質為主的宇宙的(薩哈羅夫)條件之一,但不幸的是,夸克驅動的效應太小,無法解釋為什麼我們的宇宙主要充滿物質。
  “發現中微子對CP的侵犯將是理解宇宙如何形成的巨大飛躍。”
  他說,稱為瘦發生的理論將物質的優勢與涉及中微子的CP破壞聯系起來。S?ldner-Rembold教授說︰“這些瘦素生成模型預測,物質佔主導地位實際上是由于中微子區域引起的。如果您觀察到中微子CP的違反,那將有力地表明瘦素生成模型是前進的道路。”
  T2K的結果“強烈暗示” CP違反效應對于中微子可能很大。
  這意味著目前正在南達科他州的一個礦山中建造的下一代中微子實驗DUNE可能比預期更快地檢測到這種影響。該國際項目由美國費米國家加速器實驗室(Fermilab)主持。
  S?ldner-Rembold教授是DUNE科學團隊的成員,也是合作的發言人。實驗的探測器將埋藏在地下一英里處的7萬噸液態氬。它將用于高精度發現和測量CP違規。
  他補充說,T2K的結果“使我們離建立一個模型可以更進一步,該模型可以解釋宇宙是如何從一開始發展到今天由物質主導的宇宙”。
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