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新研究:Q球能解釋宇宙物質-反物質的不對稱之謎

來源:IT之家 作者:蘇婉蓉 發布時間:2021-12-22 19:28   閱讀量:6178   

宇宙學中最大的謎團之一,是宇宙為什么由如此多的物質組成,而不是反物質從本質上說,這就相當于在問:為什么我們會存在最近幾天,一組理論物理學家表示,他們已經知道如何回答這一謎題,而他們所需要做的就是探測一種奇異量子物體產生的引力波

新研究:Q球能解釋宇宙物質-反物質的不對稱之謎

Q 球是一種理論上存在于量子場的團塊,形成于宇宙大爆炸后的瞬間

這種奇異的量子物體便是Q 球我們知道,每一種普通物質粒子都有相應的反物質粒子,但反物質的特性與物質相反 —— 當二者相互作用時,就會發生湮滅今天的宇宙中,物質的總量遠遠超過反物質,但宇宙學家相當確定,宇宙誕生之初產生了等量的物質和反物質,這些物質和對應的反物質應該會相互湮滅,從而使宇宙中沒有任何物質但現實是,物質普遍存在,這究竟是什么原因造成的研究人員正逐漸揭開這個謎題

一個潛在的解釋可能來自 Q 球,這是在宇宙大爆炸之后,宇宙像氣球一樣迅速膨脹之前形成的塊這些理論上的物體將包含它們自身物質—反物質的不對稱性,意味著在每個 Q 球中會存在不相等的物質和反物質部分當這些 Q 球爆開時,它們釋放出的物質比反物質更多,同時產生時空漣漪 —— 引力波研究人員在 10 月 27 日發表于《物理評論快報》上的一篇新論文中表示,如果這些物體真的存在,我們可以利用引力波探測它們

根據粒子物理學,宇宙的結構被不同的量子場所覆蓋,每一個量子場都描述了空間中所有點的某些性質這些場的波動產生了構成我們物理現實的基本粒子為了說明這些場是如何工作的,我們可以想象一張中間放著一個保齡球的蹦床保齡球導致的蹦床形狀變化代表了磁場中任意一點對宇宙的貢獻 —— 越靠近中心凹陷,勢能越大正如蹦床表面的形狀決定了彈珠如何在保齡球周圍滾動一樣,場的形狀也決定了場的行為

美國普林斯頓大學的物理學家伊恩阿弗萊克和邁克爾戴恩在 1985 年提出了一種理論,試圖解釋宇宙中物質—反物質的不對稱他們指出,控制宇宙早期暴脹過程的量子場必須相當淺,從而使暴脹能夠發生 —— 換句話說,位于蹦床中心的保齡球應當不是很重正如一顆彈珠在保齡球凹陷處滾動時不會增加或減少太多的速度,量子場的形狀也意味著控制宇宙暴脹的能量一直是均勻的

由于暴脹需要這種均勻性,因此量子場不能為了產生粒子而與其他場產生太強烈的相互作用但根據阿弗萊克和戴恩的理論,這個場會以某種方式與其他場相互作用,產生比反物質粒子更多的物質粒子為了保持這種均勻的形狀,量子場將這些粒子以塊的形式包含了進去

當然,這并不是解釋宇宙物質—反物質不對稱性的唯一理論格雷厄姆懷特對此表示理解,他指出,我們正處在一個令人興奮的時間節點,有機會去證明其中可能正確的理論我們將在 21 世紀 30 年代啟用一大批儀器,希望能探測到引力波,懷特說,如果我們能真的探測到它們,那將非常令人興奮

不過,即使探測器沒能發現這些 Q 球產生的引力波,也可能是個好消息,因為這意味著一些更簡單的理論可能是正確的 —— 而且更容易驗證所以從某種程度上說,這是一次不會失敗的嘗試,懷特說道

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