美國物理學家首次成功測量了吸引力粒子彼此。 而且,令人驚訝的是,它與將常規物質聚集在一起的吸引力並沒有太大不同。
這些結果讓我們更接近理解宇宙最大的謎團之一:為什麼物質比反物質多得多,並表明這種不平衡並不是反粒子無法「黏」在一起的結果。
對於每一個存在的粒子——電子、質子、夸克——都有一個相等且相反的反粒子,它具有相反的電荷和自旋,這些反粒子構成了所謂的反物質。 當宇宙形成時,物理學家認為,反物質和物質的數量相等已經生產了,但今天很難找到自然存在的反物質左邊。
這是一件好事,因為當反物質和物質相互作用時,它們會互相湮滅,所以如果有更多的反物質需要應對,我們可能就不會在這裡了。 但這也令人困惑,因為物理學家無法弄清楚為什麼所有反物質(而不是常規物質)都消失了。
幾十年來,科學家一直致力於了解反粒子的行為,這本身就是一個挑戰。 因為到處都有這麼多的規則物質,反物質很快就會被破壞。 到目前為止,物理學家一次只能製造幾個反氫原子。
但現在美國萊斯大學的一個團隊成功地透過粉碎重金離子來製造反質子,並首次弄清楚如何測量反質子相互吸引的力。
為此,他們測量了散射長度(即粒子從源到目的地時的偏離程度)以及兩個反質子之間相互作用的有效範圍(即反質子在開始相互影響之前必須距離多近),像磁鐵一樣。
一旦團隊進行了這些測量,他們就能夠比較反質子和普通質子之間的吸引力。 “這是關於物質和反物質相互作用方式的微妙差異,”弗蘭克·格爾茨說,萊斯大學的主要研究人員之一。
有趣的是,他們的結果表明,吸引力實際上並沒有那麼不同。 這就排除了一些關於整個宇宙中兩種物質不平衡的主要假設。
「反物質可能不具有與物質相同的吸引力,這有助於解釋這些差異是如何在,可能導致反物質不像物質那樣以恆星和行星的形式存在,”格爾茨說。
「這就是這項研究有用的地方。事實證明,兩個反物質粒子之間的相互作用與物質粒子非常相似。它可能無法為我們提供解決更大問題的解決方案,但我們肯定會刪除一個選項, 」他補充道。
對於在家玩的人來說,反質子的散射長度為 7.41 飛米,有效範圍為 2.14 飛米——幾乎與質子對應物相同。 為了了解這些測量的精確度,飛米是百萬分之一奈米(即十億分之一公尺)。
“這個發現並不令人意外,”said Kefeng Xin,一名博士生進行了大部分計算。 「幾十年來,我們一直在研究核子(構成原子核的粒子)之間的相互作用,我們一直認為反物質粒子之間的作用力與物質之間的作用力相同。但這是我們第一次能夠量化它。
因此,既然我們知道反粒子與普通粒子一樣相互吸引,而且宇宙中的不平衡並不是某種無法結合在一起的結果,那麼還有什麼可以解釋宇宙中反物質的缺乏呢? 答案可沒那麼簡單正如 BBC 所解釋的:
「例如,(宇宙的另一個基本組成部分)可能是它們自己的反粒子。 方式上的差異大爆炸後粒子的相互作用可能導致物質稍微過剩,從而使我們的宇宙得以存在。
我們離確切地了解消除大部分宇宙反物質的過程還有很長的路要走,但每次我們對這些神秘粒子有更多了解,我們就更近了一步。 我們迫不及待地想了解更多。