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一个奇怪的希格斯粒子可能从我们的宇宙中偷走了反物质

当宇宙很小的时候,几乎所有的反物质都消失了。物理学家不知道为什么。(图像:SunAPOL SnSrang/ItcOk/GeTy Image Plus)“KDSPs”为什么我们的宇宙比它的奇异反物质反物质旋转得多,为什么我们存在?——现代物理学中最令人困惑的谜题之一。“KdSPE”“KdSPS”不知何故,当宇宙难以置信地年轻时,几乎所有的反物质都消失了,只留下普通的东西。理论家们长期以来一直在探索这一永远难以捉摸的解释——更重要的是,这是一种用实验来检验这一解释的 ... 。

现在,三位理论家已经提出,三个叫做希格斯玻色子的粒子可能是宇宙中反物质神秘消失的原因。他们认为他们知道如何找到嫌疑犯。

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情况下失踪的反物质

在几乎每一个亚原子粒子之间的相互作用,反物质(与正常物质相同但电荷相反)和正常物质的产生是相等的。它似乎是宇宙的基本对称。然而,当我们出去看同一个宇宙时,我们几乎看不到任何反物质。据物理学家所知,对于仍然存在的每一个反物质粒子,在整个宇宙中大约有十亿个正常物质粒子。

这个谜团有很多名字,比如物质不对称问题和重子不对称问题;不管名字是什么,它都让物理学家难堪。到目前为止,还没有人能够为物质对反物质的支配地位提供一个连贯一致的解释,既然物理学家的工作是解释自然是如何工作的,它开始变得令人恼火。

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然而,大自然确实给我们留下了一些线索让我们费解。例如,在所谓的宇宙微波背景中没有发现大量反物质的证据——宇宙诞生时大爆炸遗留下来的热量。这表明,这种跳跃发生在宇宙的早期。早期的宇宙是一个相当疯狂的地方,各种复杂的,不太理解的物理正在进行。所以如果物质和反物质要分裂,那是个好时机。

责怪希格斯

事实上,反物质消失的最佳时机是在我们宇宙短暂而动荡的时期,当宇宙冷却时,自然界的力量正在分裂。

在高能(如粒子对撞机内的那些能量),电磁力和弱核力结合在一起,形成一种新的力量:弱电。然而,一旦事物冷却并恢复到正常的日常能量,弱电就分裂成两种熟悉的力。

在更高的能量下,就像在大爆炸的第一瞬间,我们认为强大的核力与弱电合并,在更高的能量下,重力加入一方成为单一统一力量。但是我们还没有完全弄清楚重力是如何进入的。“KdSPE”“KdSPs”,希格斯玻色子,提出于20世纪60年代,但直到2012在大Hadron Collider内部才发现,它将电磁力从弱核力中分离出来。物理学家非常确定,物质反物质分裂发生在四种自然力作为自身实体形成之前,这是因为我们对分裂后的宇宙物理学有了非常清楚的理解,在以后的时代中加入过多的反物质违反了对宇宙微波背景的观测。

这样的说法,也许希格斯玻色子起了作用。

但是希格斯本身不能切断它;没有已知的机制仅仅使用希格斯来造成物质和反物质之间的不平衡。

谢天谢地希格斯粒子的故事也许还没有结束。物理学家发现了一种罪恶碰撞实验中的单希格斯玻色子,其质量约为1250亿电子伏特(GeV),作为参考,一个质子的重量约为1gev,希格斯玻色子可能并不孤单。

完全有可能有更多的希格斯玻色子漂浮在周围,其质量比我们目前在实验中所能探测到的还要大。现在,那些更高的希格斯,如果它们存在的话,就不会做太多的事情,而不是真正参与我们可以用我们的对撞机来访问的任何物理——我们只是没有足够的能量去“激活”它们。但是在宇宙的早期,当能量高得多的时候,其他的希格斯粒子可能被激活,而这些希格斯粒子可能导致了某些基本粒子相互作用的不平衡,导致了物质和反物质之间的现代不对称性。

解决了神秘的

,在最近发表在预印本杂志arXiv,三位物理学家提出了一个有趣的潜在解决方案:也许,三个希格斯玻色子(被称为“希格斯三驾马车”)在早期宇宙中玩了一个烫手山芋的游戏,产生了大量的正常物质。当物质接触反物质——两个湮灭并消失。“KdSPE”“KdSPS”,因此大部分物质流会消灭反物质,在辐射的洪流中几乎完全消失。在这种情况下,将有足够的正常物质留下来导致我们所知道和喜爱的当今宇宙。

使这项工作,理论家提出三重粒子包括一个已知的希格斯粒子和两个新的希格斯粒子,其中每一个二重粒子的质量约为1000 GeV。这个数字纯粹是任意的,但被特别挑选出来是为了使这个假设的希格斯粒子有可能在下一代粒子对撞机上被发现。预言一个永远不能被探测到的粒子的存在是没有用的。无论是什么机制导致了这种不对称,都必须使物质比反物质有十亿分之一的优势。而且,在早期宇宙中,它有很短的时间来做它的事情;一旦力量分裂,游戏就结束了,我们所知道的物理就被锁定了。这个机制,包括两个新的希格斯粒子,必须是可测试的。

简短的回答是:他们能够做到。这是一个可以理解的非常复杂的过程,但最重要的(和理论上的)故事是这样的:两个新的希格斯粒子以稍微不同的速率衰变成粒子阵雨,对物质的偏好与反物质的偏好略有不同。这些差异随着时间的推移而积累,当电弱力分裂时,宇宙中“内置”的物质-反物质粒子群的差异就足够大了,正常物质最终会支配反物质。

当然,这解决了重子非对称性问题,但马上就引出了一个问题:自然界对这么多希格斯玻色子做了什么。但我们会一步一步来。

宇宙中从大爆炸到现在的12个最奇怪的物体:我们的宇宙随时间的快照关于暗物质的11个最大的未回答的问题

最初发表在《生命科学》上。

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