正反物质的“湮灭”反应牵扯希格斯粒子

希格斯玻色子也许在物质和反物质谜团中扮演了重要的角色,SLAC的理论和实验物理学家提设想了独特的实验方法,以检验希格斯粒子是否与“物质—反物质谜题”有关。包括巴巴尔实验在内的几项实验项目已在斯坦福直线加速器中心(SLAC)实施,实验结果将帮助科学家找到有关宇宙中物质与反物质数量不平衡现象的线索,实验技术达到了特定水准,SLAC的理论物理学家得以制定有效的检验方法,以检验希格斯波色子是否参入了物质和反物质粒子数量不平衡的物理过程。

理论物理学家巴巴尔和同事在一篇发表在《物理学评论D》杂志的论文中指出,欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)进行了一系列的实验探索,在初步发现了希格斯粒子之后,超级实验室的科学家开始寻找特别类型的希格斯粒子的衰变现象。欧洲大型对撞机在2015年重新投入运行。通过粒子实验发现希格斯粒子衰变的细节信息,这对科学家了解希格斯粒子是否在物质和反物质不平衡现象中产生怎样的作用提供了帮助。 SLAC粒子理论组的助理研究员、论文的共同作者马特·多兰解释说,现在到了制定一份搜索战略的时候,科学团队在LHC满负荷运行时将做好检测的准备。

在我们宇宙中,为何物质的数量远多于反物质的数量?这是最大的天体物理学的难题之一,好似笼罩在粒子物理学和宇宙学天空上的“一朵乌云”,人类自身的存在只是这一难题极其微小的一部分,生命为何以这种物质方式存在,不是以那种物质方式存在?宇宙在发生“超级大霹雳”之后迅速地冷却下来,原初的物质粒子在宇宙温度下降到一定程度时形成了不同的物质结构,大多数物质和反物质粒子对在相互碰撞后湮灭了,但似乎有某种打破数量平衡的物理机制,科学家对破坏平衡的物理机制不甚了解。

平衡性的破坏作用使得物理机制的天平倒向了物质一方,而反物质的一方差不多随之消失殆尽,剩余的小比例物质在宇宙后续的演变过程中逐渐形成了行星、恒星和星系,其中包括人类有机物质的生命体,假如在正反物质的湮灭反应中没有剩余的小比例物质,那么行星、恒星和星系将不会出现,人们不会在地球上结成个人和家庭、民族和国家的共同体,不会在全球化的过程中产生相互的联系和影响,不会有人们利用太空望远镜观测太阳耀斑和恒星爆发、在电视新闻上看到北欧芬兰的气温上升了两度,俄罗斯的石油经济出现了短暂的大衰退等场面。

假如希格斯玻色子与物质和反物质的湮灭反应有直接的关联,那么希格斯粒子在物质以压倒性多数战胜反物质的过程中发挥了怎样的主导作用?科学团队的检测实验建立在违背CP原理的基础上,CP的含义是电荷宇称,对CP现象的违背意味着自然会以不同的方式对待粒子和它们相反电荷的反粒子。在欧洲原子能中心LHC实验室搜索有关的违反CP现象十分棘手,LHC的实验人员反复检测了希格斯粒子的特性,他们对实验方法经过了仔细的设计和筛选,以获得在不同条件下希格斯粒子行为的精确信息。

研究人员首先要证实希格斯粒子在多大程度上符合标准模型的定义,粒子物理标准模型模型依然是理论物理学家解释什么物质、能量、物质和能量相互转变的有效的“工具箱”。对CP现象的违背适合标准模型定义的希格斯粒子,违背CP现象的被物理学家称为CP—偶数,没有违背CP现象的希格斯粒子则被称为CP—奇数,假如希格斯粒子出现了偶数和奇数的混合,那么这可能是希格斯粒子违背CP现象的明显信号。理论物理学家给出实验的建议,实验物理学家则尽力寻找希格斯粒子衰变为两个陶子(Tau)的过程,这两个陶子好似一对超大型电子的“孪生兄妹”。在质子和质子的碰撞实验中,剩余能量向外喷发了两股束流,希格斯粒子的任何意义CP—偶数和CP—奇数的混合都将通过两股喷流的夹角得以显示。

CERN的物理学家菲利普·哈里斯解释说,他们进行了非常高规格的科学分析,科学团队的成员有海德堡大学的马丁·杨科维亚克和杜伦大学的迈克尔·斯班诺思吉。哈里斯是大型对撞机CMS合作实验项目的成员,专注于希格斯粒子——陶子——陶子衰变的研究,收集了大量的衰变数据。科学团队进行了CP现象违背的检验。2015年早期,大型对撞机LHC将达到设计的运行负荷,科学团队将收集更多的实验数据并做出更为客观的评价,希格斯粒子是否参与了CP现象的违背?科学团队期待找出其中的答案。





(编译:2014-12-23)





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投稿时间:2022-08-04  最后更新:2022-09-01

标签:粒子   物质   反物质   奇数   偶数   物理学家   正反   宇宙   现象   团队   科学

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