宇宙由物質和反物質之間的巨大不平衡組成！
宇宙由物質和反物質之間的巨大不平衡組成，反物質和物質實際上是一樣的，但是有相反的電荷，在可觀測的宇宙中幾乎沒有反物質，包括恆星和其他星系。理論上，應該有大量的反物質，但可觀測的宇宙主要是物質。挪威科技大學物理系的Jens Oluf Andersen教授說：
我們在這裡是因為宇宙中物質比反物質多，物質和反物質之間的這種巨大的不平衡是所有有形物質，包括生命形式，都存在，但是科學家不知道為什麼。物理學使用標準模型來解釋和理解世界是如何聯繫在一起。標準模型是一種描述科學家所熟悉所有粒子的理論。它解釋了夸克、電子、希格斯玻色子粒子以及它們如何相互作用。但是標準模型不能解釋世界幾乎完全由物質組成這一事實，所以一定有什麼我們還不明白。
博科園-科學科普：當反物質和物質相遇時，它們會湮滅，結果是光而不是別的。給定等量的物質和反物質，一旦反應完成，什麼也不會留下。只要我們不知道為什麼會有更多的物質存在，我們就無法知道為什麼會有其他物質的組成部分存在，這是物理學中尚未解決的最大問題之一。研究人員稱之為「重子不對稱」問題。重子是亞原子粒子，包括質子和中子。
所有重子都有一個對應的反重子，這是非常罕見。物理學的標準模型解釋了自然力量的幾個方面。它解釋了原子如何變成分子，它解釋了構成原子的粒子。物理學標準模型包括我們所知道的所有粒子，最新的粒子希格斯玻色子是2012年在歐洲核子研究中心發現。有了這一發現，一件重要的事情就順理成章了。但不是最後一個，標準模型完美地解釋了宇宙的大部分，所以當某些東西不合適時，研究人員就會產生興趣。
圖片：CC0 Public Domain
重子不對稱性屬於這一類。物理學家確實有他們的理論來解釋為什麼會有更多的物質，以及為什麼我們不可否認地存在。有一種理論認為，自宇宙大爆炸以來，情況一直是這樣的，換句話說，物質和反物質的不平衡是一個基本的前提條件，或多或少從一開始就存在。夸克是自然界最小的組成部分之一，早期相對於反夸克的過剩夸克隨著更大單位的形成而擴散嗎，我們仍然不滿意這個想法，因為它沒有告訴我們太多。
那麼，為什麼這種不平衡從一開始就存在呢？為什麼夸克最初比反夸克多？理論上，在標準物理模型中是有可能產生不對稱性，也就是物質和反物質的量之間的差異，但我們遇到了兩個問題。首先，科學家必須回到過去，回到大爆炸剛剛開始的時候——我們說的是10皮秒，或者大爆炸之後的10^-11秒。第二個問題是溫度必須在1萬億開爾文左右，或者說10^15攝氏度。
考慮到太陽表面只有5700度，這是焦灼的溫度。無論如何，它都不足以解釋重子物質。在標準模型中，沒有足夠的物質。問題是希格斯場期望值的跳躍太小了，這對那些對物理學知之甚少的人來說是有益的。可能不只是我們的想像力在施加限制，還有很多可能性。因此，這些可能性需要與標準模型一起工作。我們真正想要的是標準模型擴展，適合它的東西。
物理學家都不懷疑標準模型的正確性，該模型在歐洲核子研究中心和其他粒子加速器中進行了連續測試，只是這個模型還不完整。研究人員研究該模型適應物質和反物質不平衡的各種可能性，最近的研究結果發表在《物理評論快報》上。實際上討論的是相變，團隊正在考慮物質變化的過程，比如水在不斷變化的條件下變成蒸汽或冰。
還在考慮是否物質是由電弱相變(EWPT)產生，並在大爆炸之後形成了多餘的重子。電弱相變是通過氣泡的形成而發生。新的相位膨脹，有點像水泡，並接管整個宇宙。安德森和同事們測試了所謂的「兩個希格斯雙粒子」模型(2HDM)，這是標準模型最簡單的擴展之一。他們尋找合適條件產生物質的可能領域。重子不對稱是如何產生的有幾種可能的解釋。利用2HDM模型研究了電弱相變，這種相變發生在宇宙的早期。這個過程相當於沸水。當水達到100攝氏度時，氣泡形成並上升。這些氣泡含有氣態的水蒸氣。水是一種液體。當它在宇宙膨脹和冷卻的過程中從氣相變到液相時，與反夸克相比會產生多餘的夸克，從而產生重子不對稱性。最後但並非最不重要的是，研究人員也在做數學。
為了使模型同步工作，參數或數值必須匹配，這樣兩個模型才能同時正確，研究工作就是找到這些參數。在最近發表在《物理評論快報》上的一篇文章中，安徒生和他的同事們縮小了物質可以被創造的數學領域，同時與這兩個模型相對應，現在縮小了可能性。例如，為了使新模型(2HDM)與我們從歐洲核子研究中心(CERN)得到的信息相匹配，模型中的參數不可能是任何東西。另一方面，要產生足夠的重子不對稱性，參數也必須在一定範圍內。這就是為什麼要縮小參數範圍。但這還有很長的路要走，無論如何，研究人員已經在理解我們和其他生物為什麼在這裡的道路上取得了一些進展。
博科園-科學科普｜研究/來自: 挪威科技大學
參考期刊文獻:《物理評論快報》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.191802
博科園-傳遞宇宙科學之美
TAG:宇宙傳奇 |