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美国科学家首次观察到粲夸克与反粲夸克“混合”
zj2635
2014/01/05
私聊
物理知识
原标题:美首次观察到粲夸克与反粲夸克“混合”
有助于解释宇宙为什么由物质而非反物质组成
科技日报讯 (记者刘霞)据美国趣味科学网站1月3日(北京时间)报道,美国费米国家加速器实验室的科学家宣称,他们首次观察到了粲夸克(charm quark)衰变成其反粒子(反粲夸克)现象。1974年,科学家首次预测了这种名叫“混合”的现象,但至今实验室未观察到。科学家们表示,最新实验不仅有助于回答为什么宇宙由物质组成这个问题,而且,也有可能找到新粒子存在的证据。研究发表在最近出版的《物理评论快报》上。
夸克是一种基本粒子,也是构成物质的基本单元,存在着6种夸克:上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、奇夸克和粲夸克。一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成,而理论预言传递强相互作用的胶子(Gluon)也由夸克组成。
在费米实验室的粒子加速器内,两个质子以接近光速相互碰撞,随后爆炸成一团包含有不同类型夸克的粒子云。两个质子相互碰撞会产生足够高的能量,使夸克重新组合成介子(meson),其由一个夸克和一个反夸克组成。介子和这种高能碰撞产生的大部分粒子的寿命都很短暂,很快会衰变成其他类型的粒子。科学家们这次在实验中不仅观察到了粲夸克,也发现粲夸克自发地变成反粲夸克。
粒子物理学标准模型预测,粲夸克可能会采用这种方式衰变,但迄今为止,科学家们从未观察到这一现象。而且,这种夸克“混合”的数学计算非常复杂。该研究的合作者、美国韦恩州立大学的物理学家保罗·卡新说:“标准模型存在的一个问题是,其方程式并没有简单的解。在高能实验中,很难对包括强相互作用在内的情况进行计算。”
对粲夸克和反粲夸克之间的转换进行观察,或许还能为我们提供有关“丢失的反物质”的证据。如果它们的行为一样,那么,就没有所谓的“宇称破坏”了,反之,相反。研究人员指出,尽管最新实验没有发现“宇称破坏”,但这或许只意味着“宇称破坏”中可能会出现的参数被限定于某一范围,“宇称破坏”仍有可能出现。
科学家们将继续进行实验,以厘清粲夸克和反粲夸克的行为是否相同。卡新表示:“这将打开一个全新的探索领域。”
总编辑圈点
“一个全新的探索领域”,也是一直盘旋在科学家头脑中的难题:为什么宇宙由物质而非反物质组成?大多数理论认为,138亿年前,宇宙诞生伊始,产生了等量的物质和反物质,二者电荷和自旋方向相反,相遇时本应相互湮灭,但现在由物质组成的宇宙却留下了,这就是矛盾所在。而物质和反物质之间存在的衰变速率不对称——所谓的“宇称破坏”表明,物质和反物质的行为并不一样,其或许可以解释上述谜题。也就是科学家在粲夸克和它的反粒子行为中试图寻找到的答案。
来源:中国科技网-科技日报 作者:刘霞 2014年01月04日
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