我们为什么存在?可以说,这是最深刻的问题,而且似乎完全超出了粒子物理范围。
但我们的新实验在Cern的大型强子撞机上,我们将其弄清楚了。
要了解为什么,让我们回到过去138亿年。此事件产生了您制造的物质相等的数量,并称为反物质。
据信,每个粒子都有一个伴侣实际上与自身相同,但收费相反。当粒子及其反颗粒相遇时,他们会互相歼灭 - 在光线下消失。
为什么我们今天看到的宇宙完全由物质制成是现代物理学的最伟大的奥秘之一。如果曾经有相等数量的反物质,那么宇宙中的一切都会被消灭。
我们的研究揭开了物质和反物质之间这种不对称的新来源。
反物质首先是由亚瑟·舒斯特(Arthur Schuster)1896年,给定理论基础保罗·迪拉克(Paul Dirac)1928年,以反电子的形式被发现,被称为正电子卡尔·安德森在1932年。正电子出现在自然放射性过程中,例如40钾的衰变。
这意味着您的平均香蕉(包含钾)每75分钟发出一个正电子。然后将它们用物质电子歼灭以产生光。诸如PET扫描仪之类的医疗应用在同一过程中产生反物质。
构成原子的物质的基本块是称为夸克和叶子的基本粒子。有六种夸克:上,下,奇怪,魅力,底部和顶部。
同样,也有六个钩子:电子,Muon,Tau和三个。这些十二个颗粒的反物副本也只有其电荷不同。
反物质颗粒原则上应该是其正常同伴的完美镜像。但是实验表明,情况并非总是如此。
以粒子为例介子,由一个夸克和一个反夸克制成。中性介子具有令人着迷的特征:它们可以自发地变成反媒体,反之亦然。
在此过程中,夸克变成反夸克,或者反夸克变成夸克。但是实验表明,这可以在一个方向上比相反的方向发生更多的事情 - 随着时间的流逝而言,它比反物质更多。
第三次魅力
在包含夸克的颗粒中,只有在包括奇怪和底部夸克在内的粒子表现出不对称的颗粒 - 这些发现非常重要。
那是首先观察1964年涉及奇怪颗粒的不对称性使理论家能够预测六个夸克的存在 - 当时只有三个存在。
2001年底部粒子中不对称的发现是最终确认机制这导致了六夸克的照片。这两个发现都获得了诺贝尔奖。
奇怪的和底部的夸克都带有负电荷。理论上应该能够形成可以表现出物质 - 抗逆性不对称性的粒子的唯一带正电荷的夸克是魅力。理论表明,如果确实如此,那么效果应该很小且难以检测。
但是LHCB实验现已设法观察到这种不对称的粒子D-Meson- 首次由Charm Quarks组成。
这是通过直接在LHC碰撞中产生的前所未有的魅力颗粒而成为可能的,这是我十年前开创的。结果表明,这是统计波动的机会约为十亿美元。
如果这种不对称性不是来自引起奇怪和底部夸克不对称的相同机制,那么这为新的抗逆转制不对称源留出了空间,可以添加到早期宇宙中的不对称性。这很重要,因为少数已知的不对称案例无法解释为什么宇宙包含这么多重要。
仅魅力发现就不足以填补这一空白,而是理解基本颗粒相互作用的必不可少的拼图。
下一步
该发现将随后增加数量的理论作品,这有助于解释结果。但更重要的是,它将概述进一步的测试,以加深我们发现后的理解 - 已经进行了许多此类测试。
在未来十年中,升级的LHCB实验将提高对这些测量的敏感性。这将由基于日本的美女II实验,刚刚开始运作。
这些是对物质抗逆念不对称的研究的令人兴奋的前景。
反物质也是许多其他实验的核心。整个抗原子正在生产CERN的抗蛋白减速器,它为进行高精度测量的许多实验提供了一些实验。
这AMS-2实验国际空间站正在寻找宇宙起源的反物质。许多当前和未来的实验将解决中微子之间是否存在反物质不对称的问题。
虽然我们仍然无法完全解决宇宙物质 - 抗逆点击事物不对称的奥秘,但我们的最新发现为精确测量的时代打开了大门,这些时代有可能发现但未知现象。有充分的理由要乐观,有一天物理学可以解释为什么我们在这里。
Marco Gersabck,物理讲师,曼彻斯特大学。