日本超级甘德探测器设施的光电倍增管,埋设1km地下,立即准备拿起中微子生成295公里距离东京©Kamioka天文台,ICRR(Cosmic Ray Research),东京大学

什么是反物质?为什么现在的宇宙中没有反物质?

考虑到宇宙中剩下的物质数量,必须缺少一些我们的反物质。

粒子和反粒子具有相反的性质,比如电荷。例如,负电子的反粒子是正电子。我们所知道的每一个物理过程都会产生等量的物质和反物质。

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然而,当粒子与其抗披肩相遇时,它最终是“湮灭”,最终进入高能光子。因此,无论如何,宇宙都应该含有或反物质,只是是光子的海洋。相反,它含有足够的物质,以制作大约两个十亿个星系,并且据我们所知,没有反物质。

反物质发生了什么变化的线索来自于反物质的“余辉”宇宙大爆炸在今天的宇宙中,每一个物质粒子都含有大约100亿个光子。这告诉我们,在大爆炸中,每100亿个反物质对应100亿个物质粒子,而在一场湮灭的狂欢之后,每一个物质粒子对应100亿个光子。

物理学家长期以来一直在物理学定律中寻找一种微妙的不对称,来解释大爆炸中物质超过反物质的现象。他们认为他们可能已经在中微子的行为中找到了答案。

中微子是幽灵般的亚杀菌颗粒,很少与物质相互作用。(举起你的拇指;约1000亿微的中微子,在阳光下产生的核反应,通过你的缩略图每秒。)中微子有三种类型,每个中性细胞不断从电子中性菌落到丘 - 中微子到尾骨-neutrino再次回来。

阳性粒子(红色)和负粒子(绿色)曲线远离湮灭在这个假色泡室图像©科学照片库中
阳性粒子(红色)和负粒子(绿色)曲线远离湮灭在这个假色泡室图像©科学照片库中

自2016年以来,日本T2K实验的物理学家们一直试图证明,中微子的行为与反中微子不同。为此,他们在东海的一个设施中产生了介子中微子和介子反中微子束,并将它们发送到295公里外的巨型地下超级神冈探测器。

到目前为止,他们已经发现了比预期更多的电子中微子和更少的电子反中微子这表明中微子的行为确实与反中微子不同。这是一个需要证实的小效应,但它可能提供了创造物质主导宇宙的机制。

中微子的质量太小,不足以对宇宙产生太大影响。然而,至关重要的是,它们只是沿着飞行方向顺时针旋转,物理学家们想知道,在大爆炸中,中微子和反中微子是否有反自旋的超重伴侣。

这些超重粒子只有在大爆炸的高能条件下才能形成,并且会迅速衰变成我们今天看到的粒子。在这样做的过程中,它们可能在宇宙中留下了不对称的印记,每100亿个反物质对应100亿个物质粒子,这就解释了为什么我们生活在一个完全由物质组成的宇宙中。

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