研究者发现物质与反物质不对称性的新证据

雷田 于 2010年5月25日 22:49 发表

费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)的科学家们物理学家们宣布,他们在研究B介子的衰变过程中发现了反物质对称性不成立的证据,B介子是在高能粒子碰撞产生的新粒子,研究者中包括加州大学Riverside分校的物理教授John Ellison。

背景:反物质是一种假想的物质形式,在粒子物理学里,反物质是反粒子概念的延伸,反物质是由反粒子构成的,如同普通物质是由普通粒子所构成的。物质与反物质的结合,会如同粒子与反粒子结合一般,导致两者湮灭,且因而释放出高能光子或伽玛射线。人类不经要问:为什么在宇宙中存在的是物质,而不是它的反面——反物质?

为了实现这一目标,DZero研究团队通过费米实验室万亿电子伏加速器粒子对撞机分析了数十亿次质子-反质子碰撞,发现在B介子的衰变过程中产生的μ介子对比反μ介子多1%。自然存在的μ介子主要是在宇宙射线中,是和电子类似的基本粒子,但是要重200倍。
Ellison表示,这一结果十分令人兴奋和惊讶,因为该结果在解释基本粒子反应的标准模型未能预测到。他解释说仅仅在粒子与反粒子满足电荷-宇称(CP)对称性破坏理论的时候,物质才可能在宇宙中占据着数量优势。通过电荷-宇称对称性破坏理论解释宇宙中物质与反物质不对称的理论,粒子和反粒子产生或湮灭过程并不是一个完全逆过程。宇宙是否以物质为主是一个谜,这是因为根据大爆炸理论物质和反物质数量应是相等的。


据Ellison和他的DZero同行解释,宇宙中以物质而不是反物质为主的原因是电荷-宇称对称性破坏理论认为物质和反物质是完全不同且在早期宇宙演化中以物质的比例为主。
电荷-宇称对称性破坏在标准模型中曾被观测到过,但还不足以解释不对称性,而最新的研究是反常的电荷-宇称对称性破坏的首个证据。如果新物理现象在进一步研究中得到确认,这将成为物质反物质不对称性的证据,也有有可能解释另一个问题,为什么在宇宙中的物质而不是反物质占据主要位置。
DZero的研究成果是根据过去8年在费米实验室收集的数据得来的。这一论文将在Physical Review D期刊投稿发表,除了来自加州大学Riverside分校的Ellison外作者还有Ann Heinson、Liang Li、Mark Padilla和Stephen Wimpenny。
DZero是约500名来自19个国家、86个机构的国际物理专家组成的研究团队,由美国能源部、国家科学基金会和国际筹资机构支持。费米国家实验室是由美国能源部科学办公室资助。

From:University of California - Riverside,Fermilab

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