美国物理学家首次成功测量了吸引力粒子彼此。而且,令人惊讶的是,它与将常规物质聚集在一起的吸引力并没有太大不同。
这些结果让我们更接近理解宇宙最大的谜团之一:为什么物质比反物质多得多,并表明这种不平衡并不是反粒子无法“粘”在一起的结果。
对于每一个存在的粒子——电子、质子、夸克——都有一个相等且相反的反粒子,它具有相反的电荷和自旋,这些反粒子构成了所谓的反物质。当宇宙形成时,物理学家认为,等量的反物质和物质已经生产了,但今天很难找到自然存在的反物质左边。
这是一件好事,因为当反物质和物质相互作用时,它们会互相湮灭,所以如果有更多的反物质需要应对,我们可能就不会在这里了。但这也令人困惑,因为物理学家无法弄清楚为什么所有反物质(而不是常规物质)都消失了。
几十年来,科学家们一直致力于了解反粒子的行为,这本身就是一个挑战。因为到处都有如此多的规则物质,反物质很快就会被破坏。到目前为止,物理学家一次只能制造几个反氢原子。
但现在美国莱斯大学的一个团队成功地通过粉碎重金离子来制造反质子,并首次弄清楚了如何测量反质子相互吸引的力。
为此,他们测量了散射长度(即粒子从源到目的地时的偏离程度)以及两个反质子之间相互作用的有效范围(即反质子在开始相互影响之前必须距离多近),像磁铁一样。
一旦团队进行了这些测量,他们就能够比较反质子和普通质子之间的吸引力。 “这是关于物质和反物质相互作用方式的微妙差异,”弗兰克·格尔茨说,莱斯大学的主要研究人员之一。
有趣的是,他们的结果表明,吸引力实际上并没有那么不同。这就排除了一些关于整个宇宙中两种物质不平衡的主要假设。
“反物质可能不具有与物质相同的吸引力,这有助于解释这些差异是如何在,可能导致反物质不像物质那样以恒星和行星的形式存在,”格尔茨说。
“这就是这项研究有用的地方。事实证明,两个反物质粒子之间的相互作用与物质粒子非常相似。它可能无法为我们提供解决更大问题的解决方案,但我们肯定会删除一个选项,”他补充道。
对于那些在家玩的人来说,反质子的散射长度为 7.41 飞米,有效范围为 2.14 飞米——几乎与质子对应物相同。为了了解这些测量的精确度,飞米是百万分之一纳米(即十亿分之一米)。
“这个发现并不令人意外,”said Kefeng Xin,一名博士生进行了大部分计算。 “几十年来,我们一直在研究核子(构成原子核的粒子)之间的相互作用,我们一直认为反物质粒子之间的作用力与物质之间的作用力相同。但这是我们第一次能够量化它。”
因此,既然我们知道反粒子与普通粒子一样相互吸引,并且宇宙中的不平衡并不是某种无法结合在一起的结果,那么还有什么可以解释宇宙中反物质的缺乏呢?宇宙?答案并不那么简单正如 BBC 所解释的:
“例如,(宇宙的另一个基本组成部分)可能是它们自己的反粒子。方式上的差异大爆炸后粒子的相互作用可能导致物质稍微过剩,从而使我们的宇宙得以存在。”
我们距离确切地了解消除大部分宇宙反物质的过程还有很长的路要走,但每次我们对这些神秘粒子有更多了解,我们就更近了一步。我们迫不及待地想了解更多信息。