
在這個常規系列中,LiveScience探索了我們宇宙中一些最瘋狂,最奇怪的部分,從量子奇數到隱藏的維度。
物質的基礎(基本粒子)比構成我們熟悉的原子的基本少數幾種口味。
風味是科學家給不同版本的名稱粒子類型。例如,夸克(構成原子中的質子和中子)有六種口味:向上,下,上,底部,底部,奇怪和魅力。稱為Lepton的顆粒,包括電子在內的類別,也有六種口味,每個口味都有不同的質量。
但是物理學家對為什麼根本存在風味以及為什麼每種風味具有不同的特徵感到困惑。
“這被稱為風味問題,”加利福尼亞州門洛公園的SLAC國家加速器實驗室的理論物理學家喬安妮·赫維特(Joanne Hewett)說:“為什麼有這麼多口味?我們有六種類型的夸克和六種類型的lept子,為什麼他們有不同的群眾,我們沒有任何一個線索。” [圖形:自然的最小粒子解釋了這是給出的
變化的風味
在奇怪的粒子物理世界中,夸克和葉子的各種口味與其各個特性(包括質量,電荷和自旋)不同。
例如,所有夸克都具有相同的旋轉(1/2),其中三個(向上,魅力和頂部)的電荷為2/3,而其他三個(向下,奇怪和底部)的充電負1/3。每個人都有獨特的質量。
甚至陌生的是粒子能夠從一種口味切換到另一種口味。例如,下夸克很容易變成夸克,魅力夸克可以變成奇怪的夸克,依此類推。儘管某些過渡比其他過渡更為普遍,但從理論上講,夸克的大多數口味都可以過渡到大多數其他口味。
SLAC的另一位粒子物理學家邁克爾·佩斯金(Michael Peskin)說:“我們不知道夸克內部是什麼。” “我們認為內部結構的相似性或差異使得進行這些過渡變得困難或容易。”
儘管顆粒確實有多種口味,但我們的宇宙優先僅由幾個。
這週期表中的元素,例如碳,氧和氫,由質子,中子和電子組成。質子和中子反過來僅包含上下夸克;頂部和底部,魅力和奇怪的夸克是毫無疑問的。
卵子也是如此:儘管電子在自然界中很少發現電子,但其他一些口味(例如媽媽和陶斯)很少被發現。
休伊特對生命科學說:“它們存在於宇宙第二秒的早期分數中,然後腐爛了。” “它們在日常生活中並不存在。”
其他謎團
除了尋找風味的起源外,研究這些主題的物理學家還希望了解相關的奧秘,例如Matter的Twin,反物質。人們認為每個粒子都有一個具有相同質量的反物質伴侶,但電荷相反。
然而,物理學家認為,宇宙中應該有比宇宙的反物質要多得多,風味物理可能有助於解釋這種反物質的“損失”。
“有一個物質 - 抗焦點不對稱在宇宙中,從某種意義上說,宇宙是由物質製成的,今天沒有觀察到反物質,但是在大爆炸中,物質和反物質的數量相等。我們認為這與風味物理有關。 ”
當粒子及其反物質伴侶相遇時,他們互相殲滅以成為純能量。人們認為,在宇宙開頭產生的大多數物質和反物質顆粒相互摧毀,留下了少量物質,成為我們今天看到的恆星和星系。
物理學家認為,與反物質相比,物質衰減的差異可以解釋為什麼物質花費更長的時間腐爛,因此生存。研究人員已經觀察到物質和反物質的衰減率中的一些不對稱性,但僅這些就不足以解釋我們所看到的宇宙。
佩斯金說:“您的這些不對稱情況有所不同,但它比您需要的十億倍。” “還必須有其他一些新方程式,我們還沒有看到證據,這些方程式也預測了不同種類的物質抗逆念劑不對稱。”
科學家希望通過研究顆粒的怪異風味行為,他們可能會進一步解釋大爆炸後物質的持久性。
強度邊界
研究人員達到粒子風味底部的最大希望可能在於提出了一系列新實驗,以解決所謂的“強度邊界”。
在這些實驗中,研究人員希望觀察粒子從一種口味到另一種風味的過渡,而不僅僅是常見的過渡,例如向上夸克向上夸克,而是更異國情調的切換器,例如將底部夸克變為charm Quark。
但是為此,科學家必須在其粒子加速器中增加產生的顆粒的強度或數量。
粒子物理學家羅伯特·托希爾哈特(Robert Tschirhart)說:“我們正在尋找稀有現象,因此觀察這是製造許多實例的方法。
Tschirhart是Project X的主要科學家,該項目是Fermilab計劃,旨在建立一個極高的粒子加速器稀有風味過渡。
Tschirhart說:“我們將產生非常高的中微子和非常高的K介子通量,它們是不穩定的顆粒,它們的顆粒中有奇怪的夸克,並且u劑量很高,這些顆粒是不穩定的顆粒,正常電子的較重的表親。” “這將是美國最大的加速器項目,它將是粒子物理的最高強度粒子加速器。”
在意大利和日本,正在進行其他為風味物理建造新的高級物理設施的企業。
此外,世界上最大的粒子加速器是瑞士的大型強子對撞機,其實驗稱為LHCB,致力於尋找某些稱為B Mesons的顆粒的稀有腐爛,其中包含不同的調味夸克。
額外的尺寸
儘管科學家通常在顆粒獲得風味的地方陷入困境,但一種理論確實提出了一種令人著迷且奇怪的解決方案。
顆粒風味可能是宇宙額外隱藏維度的症狀,超出了空間的三個維度,而我們習慣了。這個稱為扭曲尺寸的概念是由物理學家麗莎·蘭德爾(Lisa Randall)還有拉曼曬太陽。
Tschirhart說:“也許這些不同的口味實際上是一種有趣的時空維度。” “也許只有一種夸克的味道,我們看到的這些不同的口味 - 奇怪,魅力,上,底部 - 這些都是時空的幾何特徵。”
對於我們這些人在聯繫上撓頭的人來說,Tschirhart提醒我們,愛因斯坦本人表明,當他起草了他的相對性一般理論時,彌撒與時空緊密相連。根據理論,重力是質量的吸引力,實際上是時空的曲率。
我們認為六種不同的夸克具有六個不同的質量,但也許它們實際上具有相同的質量,但位於額外的尺寸的不同斑點,導致它們的外觀不同。
儘管該理論聽起來很夢幻,但它對某些粒子如何腐爛和口味之間的過渡做出了一些具體的預測。研究人員希望,推動強度邊界的新實驗可能能夠測量其中的某些衰減,並可能驗證或使該理論無效。
休韋特說:“我覺得我們現在在我們面前進行的實驗是在回答這些問題方面邁出最大步驟的最佳機會。” “強度邊界實驗實際上實際上已經達到了他們有機會回答它們的強度水平。”
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