宇宙為何是由物質組成的？新的中微子實驗可能給出答案

新浪科技訊 北京時間7月28日消息，據物理學家組織網站報道，在過去的幾年間，多個中微子實驗項目都檢測到了疑似輕子電荷共軛-宇稱破壞（CP violation）的跡象，這項發現將有望幫助科學家們解釋一個重要的本質問題——為何我們的宇宙是由物質組成，而非反物質組成的？到目前為止，物質-反物質不對稱性還無法通過現代物理學得到合理的解釋，因而也成為當今宇宙學領域最大的未解之謎之一。

不過，根據近日發表在《物理評論快報》上的一項最新研究顯示，美國弗吉尼亞理工學院的大衛·弗雷羅（David V. Forero）和帕特里克·胡珀（Patrick Huber）提出了一種不同的觀點，認為這些實驗結果暗示的是一種電荷CP守恆下的「全新物理學」，只是當前的實驗技術還無法分辨兩者之間的不同。

這兩種可能性——CP破壞或是一種嶄新物理學，這一選擇的答案將對宇宙學中的一些最重大問題的解決產生重要影響。目前物理學家們面臨的一項重要工作便是尋找全新的物理學，更具體的說就是超越標準模型的物理學。科學家們很清楚這一理論是不完善的，但卻不知道該如何對其進行改進。全新的物理學將有望對一部分標準模型無法解釋的問題給 出解釋，其中就包括物質-暗物質不對稱性問題，以及暗物質、暗能量以及引力的本質。

正如這兩位研究人員在論文中所闡述的那樣，要想分辨相關實驗中得到的結果究竟暗示CP破壞還是一種全新的物理學將是極具挑戰性的。這項研究的主要目標應當是「對兩種可能性之間的誤差範圍進行量化」。物理學家們所開展的模擬和分析工作顯示，不管是在CP破壞還是一種全新的物理學的可能性下，其數值分布的峰值都集中在相關中微子實驗得到的結果附近，稱為「狄拉克CP相」。這種相同的特徵使得當前的中微子實驗不可能辨別這兩種不同可能性之間的區別。帕特里克·胡珀表示：「我們的研究結果顯示，要想宣稱CP破壞的結果將需要極度謹慎，而引入一種嶄新的物理學則會導致嚴重的混亂。」

不過，好消息也有，那就是未來設計的全新中微子實驗方案將有可能具備分辨這兩種可能性的能力。其中一種方法就是對兩種採用稍有不同設計方案的中微子實驗得到的結果進行比對。比如設在美國的「深部地下中微子實驗」（DUNE）以及位於日本的東海-超級神岡探測器（T2HK）項目。胡珀表示：「基本的設想是，我們在論文中所提及的嶄新物理學的相關特性與中微子在不同數量地球物質影響下發生的震蕩模式有關。中微子穿透的物質越多，新物理學對其產生的影響應該就越明顯。」

他說：「對於DUNE項目來說，中微子抵達該探測裝置之前需要穿越1300公里厚的地球物質，而對於T2HK而言，中微子的穿越距離大約僅有300公里。因此在這兩個項目期間應該會獲得不同的狄拉克CP相數值分布，從而對上述問題給出解答。」（晨風）

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