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時間:2020-06-06 05:47:03 來源:科技日(ri)報

現(xian)有的宇宙大爆炸理論認xian)  頤巧澩Φ撓鈧嬖從38億(yi)年前(qian)的一次(ci)大爆炸,但(dan)這(zhe)一理論也認xian)  蟊 ㄊ輩liao)等(deng)量(liang)的物(wu)質和反ci)鎦剩 次(ci)鎦氏xiang)遇(yu)時會彼此湮滅,使一切煙消(xiao)雲散。

  但(dan)宇宙間的萬事萬物(wu)又的確存在,這(zhe)中間發生了(liao)什麼曲折離奇的故事呢?美國(guo)、日(ri)本和tu)幽麼罌蒲?醫ri)提(ti)出的一項(xiang)新理論認xian)  縉謨鈧娣?南xiang)變使中微子(zi)衰變成(cheng)更多粒子(zi)(數量(liang)比反粒子(zi)多),致使正反ci)鎦實氖liang)出現(xian)偏差。這(zhe)一相(xiang)變也會產生“宇宙弦”,而宇宙弦會產生引力波,探測到(dao)這(zhe)些引力波,或可(ke)揭示正反ci)鎦什歡猿浦 鍘/p>

  對此,中國(guo)科學技ji)醮笱 wu)理學院天文系(xi)dao)淌誆桃環蚨鑰萍既ri)報記者(zhe)說︰“即便觀(guan)測到(dao)宇宙弦產生的引力波,可(ke)能還(huai)需很(hen)多條件(jian)才(cai)能進一步證實上述觀(guan)點。不huai) zhe)提(ti)供(gong)了(liao)一種解決正反ci)鎦什歡猿浦 盞男濾si)路(lu)。”

  中微子(zi)“挺身而出” 

  現(xian)代宇宙學大爆炸理論認xian)  蟊 ㄖ   鈧嬤脅liao)等(deng)量(liang)的物(wu)質和反ci)鎦省H綣熬ju)情”一直這(zhe)樣發展(zhan)下去,那(na)麼,物(wu)質和反ci)鎦首鈧棧帷跋諒lu)相(xiang)逢”,彼此湮滅。

  但(dan)實際(ji)上,現(xian)在我們身處的宇宙中滿天繁星,充滿了(liao)各種物(wu)質,這(zhe)就與上述理論產生了(liao)矛盾。因此,為使宇宙得以存在,必(bi)須要有少量(liang)反ci)鎦首zhuan)化為物(wu)質,使正反ci)鎦適liang)不平衡。科學家認xian)  wu)質的數量(liang)只(zhi)需比反ci)鎦識嗍 yi)分之一就可(ke)以讓宇宙存在。

  但(dan)正反ci)鎦手 湔zhe)種不平衡是何時以及如何出現(xian)的?目(mu)前(qian)仍(reng)是未解之謎,這(zhe)也是宇宙間最大的謎團(tuan)之一。美國(guo)加州大學伯克利(li)分校(xiao)博(bo)士後(hou)研(yan)究員杰夫?德羅(luo)說︰“這(zhe)個問題很(hen)難(nan)回答(da)。”

  鑒于物(wu)質和反ci)鎦實dian)荷相(xiang)反,因此除非(fei)它們呈電(dian)中性,否則它們不會相(xiang)互轉(zhuan)化。中微子(zi)是我們迄今已知(zhi)唯一呈電(dian)中性的物(wu)質粒子(zi),科學家對它寄予厚望,認xian) 峭瓿cheng)這(zhe)一神聖使命的“不二人選”。

  目(mu)前(qian)已知(zhi)存在3種中微子(zi)︰電(dian)子(zi)中微子(zi)、繆(miao)子(zi)中微子(zi)和陶子(zi)中微子(zi)。但(dan)有科學家提(ti)出,可(ke)能存在第四(si)種中微子(zi)︰惰性中微子(zi)。

  還(huai)有些科學家認xian)  鈧奼┬禿hou)經歷了(liao)一個相(xiang)變,使早期宇宙中產生的惰性中微子(zi)衰變出更多粒子(zi)(數量(liang)比反粒子(zi)多),讓物(wu)質和反ci)鎦實氖liang)得以“重新洗牌”。

  最新研(yan)究合作者(zhe)、加拿大粒子(zi)you)錮磧胊 zi)核物(wu)理實驗室(TRIUMF)博(bo)士後(hou)格(ge)雷厄姆?懷特表示︰“當宇宙的溫度(du)為今天宇宙中最熱地方溫度(du)的1012倍—1024倍時,中微子(zi)的‘行為舉止(zhi)’或許可(ke)以確保宇宙存在。”

  引力波“曲線救國(guo)” 

  那(na)麼,如何探測到(dao)這(zhe)些惰性中微子(zi)呢?

  研(yan)究人員表示,現(xian)在科學家無法(fa)直接觀(guan)測到(dao)惰性中微子(zi),因為通過實驗制造出惰性中微子(zi),需要一個比大型強子(zi)對撞(zhuang)機強kan)笮磯嗟牧Wzi)加速器,所(suo)以只(zhi)能通過間接方法(fa),探測宇宙弦產生的引力波或是一種“曲線救國(guo)”之法(fa)。

  論文合xian)zhe)、日(ri)本jing) ┐笱? 蚶鎘鈧嫖wu)理與數學研(yan)究所(suo)首席(xi)研(yan)究員村山(shan)瞳說︰“早期宇宙的這(zhe)次(ci)相(xiang)變可(ke)能創造出了(liao)宇宙弦,這(zhe)些宇宙弦實質上是時空的拓(tuo)撲缺陷。”

  蔡一夫對科技日(ri)報記者(zhe)解釋說︰“相(xiang)變在我們日(ri)常(chang)生活中比比皆是,例如水凍成(cheng)冰、鐵磁體變成(cheng)順磁體等(deng)。我們的宇宙所(suo)經歷的歷史就是一個不斷發生相(xiang)變的熱膨脹歷史,在這(zhe)個過程中有基(ji)本粒子(zi)的產生,基(ji)本粒子(zi)凝合成(cheng)元素,元素最後(hou)結合出我們見(jian)到(dao)的熟悉的物(wu)質結構。”

  蔡一夫進一步指出︰“相(xiang)變過程伴隨著(zhou)能量(liang)釋放,宇宙弦就是宇宙經歷相(xiang)變時釋放能量(liang)形成(cheng)的一根根與當時的宇宙尺度(du)相(xiang)當的繩(sheng)子(zi)一樣的能量(liang)結構。”

  德羅(luo)和村山(shan)瞳等(deng)人認xian)  孀zhou)這(zhe)些宇宙弦不斷演化,會產生引力波,且產生引力波的頻譜zi)牒詼床 偷deng)天體物(wu)理源產生引力波的頻譜截然不同。未來的引力波觀(guan)測台,例如即將(jiang)于2020年中期啟用(yong)的“平方公里陣列(lie)”(SKA)、擬于2034年發射的歐洲航天局的“空間天線激光干涉儀”(LISA)、日(ri)本宇宙探索(suo)局的分赫茲干涉引力波天文台(DECIGO)等(deng),或許可(ke)以探測到(dao)這(zhe)些引力波。

  研(yan)究人員表示,找ye)dao)這(zhe)些宇宙弦產生的引力波還(huai)有其他用(yong)途,例如找ye)dao)宇宙弦產生的高能中微子(zi),更精確確定(ding)已知(zhi)中微子(zi)的質量(liang)等(deng)。

  對此,蔡一夫認xian) 骸壩鈧嫦也Σ  灰饌猓 zhi)是我們還(huai)沒有幸運地發現(xian)其‘倩影(ying)’。而且,即便我們探測到(dao)宇宙弦,宇宙弦ye)牟埔膊 fei)唯一,還(huai)需要確認背後(hou)的相(xiang)變過程才(cai)能證實上述觀(guan)點。”

  另外,蔡一夫強調說︰“宇宙弦如果帶(dai)電(dian)的話,可(ke)以利(li)用(yong)多信(xin)使天文檢(jian)測手段,如快(kuai)速射電(dian)暴的觀(guan)測來檢(jian)驗這(zhe)些超導的宇宙線,從而更立體、更清晰地分辨宇宙相(xiang)變的‘蛛絲馬跡(ji)’。”

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標簽:
編輯: 劉坤媛
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