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我們可以在實驗室中通過能量創造物質。粒子加速器一直這麼做。當我們這樣做的時候,其中創造出來的一半都是物質,而另外一半是反物質。在物理學中有一種對稱性,它需要物質和反物質等量地出現。但是當我們環顧宇宙,我們看到的是物質。所以大爆炸是如何創造出我們所看到的所有的物質而沒有創造出等量的反物質呢?答案可能是中微子。

物質和反物質有點像宇宙雙胞胎。對於每種型別的物質粒子,都有一個相關聯的反物質粒子。這兩個最主要的區別就是他們的電荷。例如,一個電子帶負電荷,而單電子(通常稱為正電子)帶正電荷。質子帶正電荷,而反質子帶負電荷。

物理學中的各種基本對稱性。

物理學中的一種基本對稱是電荷守恆。宇宙中的總電量呈零,而且不會改變。因此,若產生一個帶電的物質粒子,就必定有另一個與之相對應帶負電的反物質粒子。這種對稱性理論對物理學有著深遠的意義,基於此理論,天文學家們提出,“大爆炸”產生時的物質和反物質的量相等。大爆炸之後不久,必定有某種東西使宇宙的物質恰好比反物質多。這正是疑問所在。是什麼樣的物質能夠使宇宙打破物質與反物質之間的對稱性。科學家們把目光轉向了中微子。中微子是不帶電的基本粒子。 但中微子都有一個特性,叫“弱同位旋”,這就意味著每一種中微子都有與其相對應的反物質。

但中微子各不相同的原因有二。第一,它們的品質是未知的。 一箇中微子或有三種不同的品質,一個典型的中微子是三者的量子疊加。這就是中微子可以震盪後轉化為兩種不同的味的原因。第二,值得一提的是它們的手性。

[圖片]左手手性和右手手性。公共領域的圖片。

每個基本粒子都有一種類似於自轉的性質,即“自旋”。當粒子在宇宙中快速穿移時,自旋運動的方向可能與粒子的運動方向相同,也可能相反——前者被稱為右手性,後者則被稱為左手性。物質粒子和反物質粒子都會具有其中一種手性,但中微子是一個例外。中微子永遠都是左手性的,而反中微子則永遠都是右手性的。沒有人知道這一現象的成因為何,但有一種猜想是,手性可以通過“蹺蹺板機制”影響中微子的品質。在這一模型中,同時存在右手中微子和左手中微子,但由於它們的品質太大,所以不會產生典型的粒子相互作用。“蹺蹺板機制”可以解開當下宇宙中最重要的謎題。

圖解:宇宙相變是如何創造物質宇宙的

具體猜想是,宇宙中出現物質和反物質後不久,宇宙就發生了相變,其中化為重中微子的反物質數量要多於轉化為重中微子的物質數量。宇宙的總電荷始終為零,正反物質的平衡也得以維持,但剩下的大部分是規則物質和重反中微子。這個猜想很棒,但如果不能加以證明,任何猜想都是毫無意義的。有一個團隊提出了一種似乎可行的方法。如果發生相變,則品質的轉移將在整個可觀測宇宙中產生重力波。該團隊在近期工作中提出,未來的重力波望遠鏡應該可以探測到這些重力波。如果該團隊的猜想正確,那麼宇宙學的一大謎團將得以解開。

相關知識

一箇中微子是一個費米爾(自旋為1/2的基本粒子),只通過弱的亞原子力和重力相互作用。中粒子之所以被這樣命名是因為它是電中性的,並且因為它的靜止品質很小(-ino),以至於人們一致認為它是零。中粒子的品質遠小於其他已知的基本粒子的品質。弱力的作用範圍非常短,中立的相互作用及其微弱,並且中粒子不參與強相互作用力。因此,中粒子通常可以不受阻礙且不被檢測地穿越正常物質。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.technology-Viva La,Swilop,南特李,-MJR-,NGC 1952

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