物質(zhì)和反物質(zhì)粒子在“希格斯場”產(chǎn)生失衡
大多數(shù)的自然法則選擇了平等地對待物質(zhì)粒子和反物質(zhì)粒子,適合物質(zhì)的自然法則也適合反物質(zhì),自然法則的理論預(yù)期是一回事,自然法則的實驗證實則是另一回事,可觀測宇宙中的恒星和行星主要由物質(zhì)粒子構(gòu)成,而不是形成了反物質(zhì)粒子的天體,自然狀態(tài)的物質(zhì)和反物質(zhì)在數(shù)量上產(chǎn)生了極大的不對稱性,在宇宙誕生的最早期,物質(zhì)粒子比反物質(zhì)粒子的比例多出了一點點,長期以來,科學(xué)家對物質(zhì)和反物質(zhì)比例微小的不對稱性感到十分困惑。
加州大學(xué)洛杉磯分校的物理學(xué)家在《物理學(xué)評論通訊》雜志上發(fā)表了一項研究成果,他們設(shè)想了一種解決方案,可以幫助科學(xué)家揭開物質(zhì)起源的神秘性。洛杉磯分校的物理學(xué)和天文學(xué)教授亞歷山大·庫先科目前擔(dān)任卡福利研究所宇宙物理學(xué)與數(shù)學(xué)分所的高級研究員,他和同事們共同擬定了一個探討物質(zhì)起源的神秘性問題的思路,物質(zhì)與反物質(zhì)比例的不平衡的可能與希格斯波色子的性質(zhì)有關(guān)。

2012年,實驗物理學(xué)家在位于瑞士和法國邊境的歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)實驗室首次發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子,發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”的重大消息震驚了科學(xué)世界,目前的實驗的數(shù)據(jù)不夠充分,科學(xué)家指出了許多疑點,年度重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)成果為英國科學(xué)家希格斯贏得了諾貝爾物理學(xué)獎,當(dāng)年老的希格斯聽到獲獎的消息時感動到“老淚縱橫”的程度。
庫先科和他的科學(xué)同事認(rèn)為,物質(zhì)和反物質(zhì)粒子的比例出現(xiàn)了不對稱性,這可能源于希格斯場的運動,希格斯場與希格斯粒子的運動密不可分,格斯場賦予物質(zhì)粒子和反物質(zhì)粒子以質(zhì)量,他是物質(zhì)粒子和反物質(zhì)粒子的質(zhì)量之源。正是格斯場的運動性質(zhì)使得物質(zhì)粒子和反物質(zhì)粒子的比例產(chǎn)生了不均衡性,物質(zhì)粒子的比例稍多于反物質(zhì)粒子,正反物質(zhì)粒子的“中和反應(yīng)”產(chǎn)生了剩余物質(zhì)粒子的不平衡。
當(dāng)一個粒子遇到了一個反粒子時,正反粒子將會產(chǎn)生湮滅反應(yīng),粒子和反粒子同時消失,從中釋放了兩個光子或釋放了一對其它類型的粒子。所有的物質(zhì)粒子在宇宙大爆炸的“原始羹湯”中混在一起,從宇宙大爆炸中產(chǎn)生了幾乎相同數(shù)量的粒子和反粒子,兩者的比例出現(xiàn)了微小的不對稱性,平均在每100億個粒子中多出一個物質(zhì)粒子?!傲W痈彪S宇宙大膨脹的過程逐漸地冷卻下來。

物質(zhì)粒子和反粒子不斷地發(fā)生碰撞并相互湮滅,有多少物質(zhì)粒子消滅,也有多少反物質(zhì)粒子隨之消失,極少量比例的物質(zhì)粒子保留下來,但物質(zhì)粒子的絕對數(shù)量相當(dāng)驚人,從遺留的物質(zhì)粒子中最終形成了宇宙中的所有恒星和行星、氣體和塵埃?!靶切侵鹂梢粤窃?,幸存的物質(zhì)粒子在宇宙演變的過程中“聚沙成塔”,極大數(shù)量的物質(zhì)粒子最終聚集為今日宇宙的天體形態(tài)。
2012年,希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)在物理學(xué)史上產(chǎn)生了里程碑的意義,這是最近幾十年來最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。50年前,希格斯和幾位物理學(xué)家第一次預(yù)言了“希格斯玻色子”,理論推測的希格斯粒子是現(xiàn)代自然理論的關(guān)鍵因素,希格斯粒子賦予所有的物體以質(zhì)量。歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)實驗室的物理學(xué)家對一些粒子的質(zhì)量進(jìn)行了測量,發(fā)現(xiàn)了一個引人矚目的特性,一些粒子的質(zhì)量與宇宙大爆炸初期出現(xiàn)的希格斯場保持了一致,而一些粒子的質(zhì)量比今日觀測的粒子平均值高出了很多,庫先科解釋說,希格斯場可能“迫不得已”地下降到平衡狀態(tài),這種過程被稱為“希格斯緩解”。

(編譯:2015-3-10)