這些極穩定的粒子可以解釋暗物質。
在對將所有物質內在聯絡在一起的膠子進行了數十年的數學研究之後,物理學家發現了一個奇怪的假設粒子,這個粒子在任何實驗中都從未出現過。 這個粒子被稱為六夸克,由六種不同味的夸克有規律地排列組成。
除了名字聽起來很酷,六夸克最終可以解釋暗物質這個令人著迷的謎團。 物理學家發現,如果六夸克具有特定品質,則該粒子將永恆存在。
自然中的夸克
幾乎你所知道的和愛的一切都是由名為夸克的微小粒子組成。可以把這些粒子分為六種,出於各種刻板的原因分別被命名為上夸克、下夸克、頂夸克、底夸克、奇夸克和粲夸克。上夸克和下夸克是所有種類中最輕的,這也使得它們成為最常見的。(在粒子物理學中,你越重就越有可能衰變成更小的更穩定的物質)。
你體內的質子和中子都是由三個夸克組成:兩個上夸克和一個下夸克構成一個質子;兩個下夸克和一個上夸克構成一箇中子。事實上,由於具有強相互作用力的複雜性質,夸克確實喜歡三個一組存在,這也是最穩定最常見的排列。
偶然的在我們的粒子對撞機中,我們會創造由一對夸克組成的粒子;這些聚集狀態不穩定,很快就會衰變成其它物質。有時,通過努力嘗試,我們將五個夸克粘合在一起使它們在衰變成其它物質之前可以簡短地彼此共存。
截止到目前,這些是我們能夠製造出來的所有的夸克排列。但是可能還有一些陌生的物質。
要素的製造
經過幾十年對原子核中強相互作用力的數學難題的探索,物理學家們找到了一種尚未在我們實驗中出現過的奇怪的排列:由兩個上夸克、兩個下夸克和兩個奇夸克共六個夸克組成的排列:性感夸克。
這些理論並不能為夸克的品質做出預測,他的估計依靠夸克精確的位置和隱藏在粒子裡的單一夸克中的相互作用,所以這需要做實驗的物理學家去調查發現並做決定。至於夸克是否具有穩定性?大量計算表明如果他們的品質在低於某一確定的閥值的情況下,是具有永久穩定性的,這意味著永遠不會衰變。如果品質比之前大,但仍低於某一閥值,則粒子會衰變,。但如果經歷很久的時間。也許也會變得永久穩定。
那既然他們是穩定的,為什麼我們還是沒有看見呢?
令人好奇的是,夸克品質的穩定性範圍比粒子對撞機實驗可以產生的閥值要低。粒子碰撞機被創造出來是為了去研究更罕見,更重,更飛快短暫的粒子。換句話說,夸克很可能藏在顯而易見的地方,這麼多年通過最簡單的飛行躲過雷達的眼睛。但是粒子碰撞機並不是唯一去製造夸克的地方。遠在宇宙大爆炸的時候,就成為了原子能能源的滋長地,其溫度和高壓足以從原始夸克中鍛造出氫和氦並充斥於宇宙中,相隨著我們熟知的眾多亞原子。
初步的計算表明如果夸克是真實的並有精確的品質範圍,這可能在早期的宇宙中是以荒謬的大規模產生並在年輕的“地獄”中存活下來。事實上,夸克很可能還是存在的,沒有與別的相互吸引,沒有在別的任何環境裡衰變一一隻是存在著。由於他們的品質在他們收集的任何地方都會創造著額外的萬有引力。
一種漂浮在宇宙中的無形粒子且只通過重力相互吸引。?答對了,這就是暗物質。
黑暗中的一束光
‘六夸克’要想組成暗物質,首先它必須要存在。目前這是一個備受爭議的話題,因為這種物質從未在粒子對撞機實驗中被發現過。但正如我們早前所見,六夸克相對較輕的品質或許意味著,它實際上悄無聲息地略過了,只是我們沒有找到它而已。
但這種現狀正在開始改變。位於加利福尼亞州的SLAC國家加速器實驗室的BaBar實驗探測器能夠創造許多夸克組合體,包括一些極重的組合體。這些極重組合體會通過衰變形成更為穩定合理的排列。如果六夸克真實存在的話,BaBar實驗也應該如創造許多夸克組合體一般,創造一個六夸克大豐收。
一篇於1月2日發表在arXiv資料網站的論文報道了最新的結果:並無六夸克存在的跡象。但是這一發現的可信度肯定只有90%。這個結果意味著,如果品質更大、更不穩定的夸克組合的確衰變為穩定的六夸克,那也將非常罕見,大概每一千萬中只有一次這種衰變。
這是否排除了六夸克作為暗物質的可能性呢?那可未必。事實也有可能是早期宇宙的條件允許形成足夠的六夸克,它們可以對我們所估計的宇宙中暗物質的數量做出解釋。不過這個報道的最新結果確實使得用六夸克解釋暗物質變得更具挑戰性。
對六夸克而言,這是個很好的嘗試,但還沒能成功——至少,還未真正成功。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3.Paul Sutter-渺,次廣頁,YSH.小餅乾可樂