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粲介子在正反物質間“變身”首次觀測到

有助揭示宇宙為何由物質而非反物質組成

2021-06-25 科技日報 劉霞
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  據美國趣味科學網站23日報道,英國牛津大學的科學家分析了大型強子對撞機(LHC)第二輪運行產生的數據,首次捕捉到粲介子從物質“變身”到反物質的過程,這一發現有助于理解現在的宇宙為何由物質而非反物質組成。

  每個粒子都擁有一個與其質量、壽命和原子自旋相同但電荷相反的反粒子。光子等是自己的反粒子;而另一些粒子則由于量子疊加,可同時以正反物質的形式存在,粲介子正是由正反夸克組成的粒子??淇耸墙M成物質的最小粒子。

  研究人員解釋說,當粲介子(D0)與其反粒子(反D0)以疊加形式存在時,D0和反D0的波以各種方式重疊,形成另外兩個同樣處于疊加狀態的物質粒子D1和D2。盡管D1和D2也由D0和反D0組成,但混合比例略有不同,從而使它們擁有不同的質量和壽命。因為這些粒子波的質量決定了其波長,也決定了它們如何相互作用,所以D1和D2之間的質量差異決定了粲介子在正反物質之間“變身”的速度。研究發現,這個質量差異僅為3.5×10-38克。

  為進行如此精確的測量,研究人員觀察了LHC內質子—質子對撞產生的3060萬個粲介子,并比較了衰變之前移動最短距離和最長距離的粲介子之間的差異,據此算出了質量差異。

  這是科學家第二次發現粒子在正反物質之間振蕩。2006年,科學家首次觀測到奇異底介子的“變身”行為,但在粲介子中發現這一點要困難得多,因為其更容易衰變。

  標準模型顯示,大爆炸產生了同樣多的正反物質,而它們相遇會彼此湮滅,但為什么我們現在生活的宇宙幾乎完全由物質組成呢?研究人員表示,能在正反物質之間“變身”的粒子或許是回答這一問題的關鍵。一些假說認為,如果粲介子等粒子從反物質轉化為物質的頻率比從物質轉化為反物質的頻率更高,可以使物質免于湮滅。

  LHC將于今年9月重啟,日本Belle Ⅱ實驗也在開展類似研究,科學家們有望進一步發現相關線索。

打印 責任編輯:閻芳
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