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時間:2020-05-27 17:50:03 來源:科技日(ri)報

現有的宇宙大爆炸理(li)論認為(wei),我們身處的宇宙源于(yu)138億年前的一(yi)次大爆炸,但這(zhe)一(yi)理(li)論也認為(wei),大爆炸時產生了等量的物質和反物質,而正反物質相遇時會彼此湮滅,使一(yi)切(qie)煙消(xiao)雲散。

  但宇宙間的萬(wan)事(shi)萬(wan)物又zhi)娜反嬖冢 zhe)中(zhong)間發生了什麼曲折(zhe)離(li)奇的故事(shi)呢?美(mei)國、日(ri)本(ben)和加拿大科學家近日(ri)提出(chu)的一(yi)項新理(li)論認為(wei),早期(qi)宇宙發生的相變使中(zhong)微子(zi)衰變成(cheng)更(geng)多(duo)粒(li)子(zi)(數量比反粒(li)子(zi)多(duo)),致使正反物質的數量出(chu)現偏差(cha)。這(zhe)一(yi)相變也會產生“宇宙弦”bao) 鈧嫦一(yi)岵yin)力波(bo),探(tan)測(ce)到這(zhe)些(xie)引(yin)力波(bo),或可揭示(shi)正反物質不對稱之謎。

  對此,中(zhong)國科學技術(shu)大學物理(li)學院天文系教授蔡一(yi)夫對科技日(ri)報記者說dan)骸凹幢愎鄄ce)到宇宙弦產生的引(yin)力波(bo),可能(neng)還(huai)需很多(duo)條件才(cai)能(neng)進一(yi)步證實上述(shu)觀點。不huai) zhe)提供(gong)了一(yi)種(zhong)解決正反物質不對稱之謎的新思(si)路。”

  中(zhong)微子(zi)“挺身而出(chu)” 

  現代宇宙學大爆炸理(li)論認為(wei),大爆炸之初,宇宙中(zhong)產生了等量的物質和反物質。如果“劇情”一(yi)直(zhi)這(zhe)樣(yang)發展下(xia)去,那麼,物質和反物質最終會“狹路相逢”bao) 舜雖蚊稹/p>

  但實際上,現在我們身處的宇宙中(zhong)滿天繁星,充滿了各種(zhong)物質,這(zhe)就與上述(shu)理(li)論產生了矛盾。因此,為(wei)使宇宙得以存在,必須要有少(shao)量反物質轉化為(wei)物質,使正反物質數量不平衡。科學家認為(wei),物質的數量只需比反物質多(duo)十億分zhong) yi)就可以讓宇宙存在。

  但正反物質之間這(zhe)種(zhong)不平衡是(shi)何時以及(ji)如何出(chu)現zhi)模磕殼叭允shi)未解之謎,這(zhe)也是(shi)宇宙間最大的謎團之一(yi)。美(mei)國加州大學伯(bo)克(ke)利(li)分zhong)2┤亢笱芯吭苯jie)夫?德羅說dan)骸罷zhe)個問題很難(nan)回(hui)答(da)。”

  鑒于(yu)物質和反物質電荷相反,因此除非它們呈(cheng)電中(zhong)xing)裕 裨ze)它們不會相互轉化。中(zhong)微子(zi)是(shi)我們迄今已(yi)知唯一(yi)呈(cheng)電中(zhong)xing)緣奈鎦柿li)子(zi),科學家對它寄予厚望,認為(wei)它是(shi)完成(cheng)這(zhe)一(yi)神聖使命的“不二人選”。

  目前已(yi)知存在3種(zhong)中(zhong)微子(zi)︰電子(zi)中(zhong)微子(zi)、繆(miao)子(zi)中(zhong)微子(zi)和陶子(zi)中(zhong)微子(zi)。但有科學家提出(chu),可能(neng)存在第四種(zhong)中(zhong)微子(zi)︰惰性中(zhong)微子(zi)。

  還(huai)有xing)xie)科學家認為(wei),宇宙暴脹後經(jing)歷(li)了一(yi)個相變,使早期(qi)宇宙中(zhong)產生的惰性中(zhong)微子(zi)衰變出(chu)更(geng)多(duo)粒(li)子(zi)(數量比反粒(li)子(zi)多(duo)),讓物質和反物質的數量得以“重新洗牌”。

  最新研究合作者、加拿大粒(li)子(zi)物理(li)與原子(zi)核物理(li)實驗室(TRIUMF)博士後格雷(lei)厄(e)姆?懷特表(biao)示(shi)︰“當宇宙的溫度為(wei)今天宇宙中(zhong)最熱地(di)方溫度的1012倍—1024倍時bao) zhong)微子(zi)的‘行(xing)為(wei)舉(ju)止’或許可以確保(bao)宇宙存在。”

  引(yin)力波(bo)“曲線(xian)救(jiu)國” 

  那麼,如何探(tan)測(ce)到這(zhe)些(xie)惰性中(zhong)微子(zi)呢?

  研究人員表(biao)示(shi),現在科學家無法直(zhi)接觀測(ce)到惰性中(zhong)微子(zi),因為(wei)通過實驗制造出(chu)惰性中(zhong)微子(zi),需要一(yi)個比大型強子(zi)對撞(zhuang)機(ji)強大許多(duo)的粒(li)子(zi)加速器,所(suo)以只能(neng)通過間接方法,探(tan)測(ce)宇宙弦產生的引(yin)力波(bo)或是(shi)一(yi)種(zhong)“曲線(xian)救(jiu)國”之法。

  論文合著者、日(ri)本(ben)東(dong)京(jing)大學卡(ka)夫里宇宙物理(li)與數學研究ke)suo)首席研究員村山瞳(tong)說dan)骸霸縉qi)宇宙的這(zhe)次相變可能(neng)創造出(chu)了宇宙弦,這(zhe)些(xie)宇宙弦實質上是(shi)時空的拓(tuo)撲(pu)缺陷。”

  蔡一(yi)夫對科技日(ri)報記者解釋說dan)骸跋啾湓諼頤僑ri)常(chang)生活中(zhong)比比皆(jie)是(shi),例如水(shui)凍成(cheng)冰、鐵磁體變成(cheng)順磁體等。我們的宇宙所(suo)經(jing)歷(li)的歷(li)史就是(shi)一(yi)個不斷發生相變的熱膨脹歷(li)史,在這(zhe)個過程中(zhong)有基本(ben)粒(li)子(zi)的產生,基本(ben)粒(li)子(zi)凝合成(cheng)元(yuan)素,元(yuan)素最後結(jie)合出(chu)我們見到的熟悉的物質結(jie)構。”

  蔡一(yi)夫進一(yi)步指出(chu)︰“相變過程伴隨(sui)著(zhou)能(neng)量釋放,宇宙弦就是(shi)宇宙經(jing)歷(li)相變時釋放能(neng)量形成(cheng)的一(yi)根根與當時的宇宙尺(chi)度相當的繩子(zi)一(yi)樣(yang)的能(neng)量結(jie)構。”

  德羅和村山瞳(tong)等人認為(wei),隨(sui)著(zhou)這(zhe)些(xie)宇宙弦不斷演(yan)化,會產生引(yin)力波(bo),且產生引(yin)力波(bo)的頻譜zi)牒hei)洞並和等天體物理(li)源產生引(yin)力波(bo)的頻譜截然不同。未來的引(yin)力波(bo)觀測(ce)台(tai),例如即將于(yu)2020年中(zhong)期(qi)啟用的“平方公里陣(zhen)列”(SKA)、擬于(yu)2034年發射的歐洲航天局zhi)摹翱佔涮煜xian)激光干涉儀(yi)”(LISA)、日(ri)本(ben)宇宙探(tan)索局zhi)姆趾兆雀繕嬉yin)力波(bo)天文台(tai)(DECIGO)等,或許可以探(tan)測(ce)到這(zhe)些(xie)引(yin)力波(bo)。

  研究人員表(biao)示(shi),找(zhao)到這(zhe)些(xie)宇宙弦產生的引(yin)力波(bo)還(huai)有其他(ta)用途,例如找(zhao)到宇宙弦產生的高(gao)能(neng)中(zhong)微子(zi),更(geng)精(jing)確確定已(yi)知中(zhong)微子(zi)的質量等。

  對此,蔡一(yi)夫認為(wei)︰“宇宙弦產生引(yin)力波(bo)並不意(yi)外(wai),只是(shi)我們還(huai)沒有xing)以說di)發現其‘倩影’。而且,即便我們探(tan)測(ce)到宇宙弦,宇宙弦的產生機(ji)制也並非唯一(yi),還(huai)需要確認背後的相變過程才(cai)能(neng)證實上述(shu)觀點。”

  另外(wai),蔡一(yi)夫強調說dan)骸壩鈧嫦胰綣緄幕埃 梢岳li)用多(duo)信使天文檢測(ce)手段,如快速射電暴的觀測(ce)來檢驗這(zhe)些(xie)超導的宇宙線(xian),從而更(geng)立體、更(geng)清晰地(di)分zhi)bian)宇宙相變的‘蛛絲馬跡’。”

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編輯: 劉(liu)坤媛
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