寻找宇宙中缺少的反物质仍处于令人不安的不确定状态

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研究人员挫败了旨在捕获光的超灵敏探测器的侧面

在一个热而密集的团块爆炸后形成的宇宙中的第一个粒子。 物理学家认为,在“大爆炸”的极端条件下,光变成了物质:电子,质子和中子,这些物质后来成为我们的一部分。

但是物理学家不确定这种转变是如何发生的。 在90年代,物理学家证明,它们可以通过碰撞两束极高能量的辐射束将光转换为物质。 他们还发现,光同时会产生等量的反物质。 物质的最初颗粒是与反物质和歼灭领域的亲戚会面。 爆炸-再也没有问题了。

但是,显然,有问题。 由于某种原因,在大爆炸之后,物质的形成不仅仅是反物质,物理学家也不知道为什么。 费米实验室的物理学家唐·林肯说:“这是宇宙最大的谜团之一。”

在过去的50年中,在实验室和方程式中,他们一直在寻找比反物质产生更多物质的过程。 一个候选者:一种预测的放射性过程,其中两个中子被转换成一个原子中的两个质子。 理论家认为,在这个过程中,被称为无中微子双β衰变 ,产生两个电子并且没有反物质。 两个新的物质出现在宇宙中,探测器应该能够探测到它们。 如果这个过程在“大爆炸”之后发生了好几次,它可以解释这个额外问题的来源。

但是这里有个问题:没有人见过两个中子变成两个质子。 从以前的实验和计算中可以明显看出,此过程最有可能发生在某些原子中,例如锗和氙原子。 当两个中子变成锗原子中的质子时,该原子变成新元素硒。 在最近发表在《自然》杂志上的一篇论文中,研究人员使用他们超灵敏探测器的数据来计算,一半的锗晶体通过这种衰变变成硒需要10到25年以上的时间。 这是万亿次乘以宇宙的年龄。 “这实际上是非常罕见的事件,”物理学家彼得·格拉布迈尔说。他是锗探测器阵列 (GERDA)实验的参与者之一,也是该论文的作者之一。

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格拉布米尔不怕这样的机会。 为了确认发生了这种过程,没有必要将一半的​​晶体变成硒。 仅需要检测几个原子的衰变。 如果来自其36磅重的锗晶体的任何原子变成硒,它将能够检测出现的两个电子的能量,这些电子看起来像是与探测器碰撞的光。 为了防止其他辐射源(例如宇宙射线)影响探测器,将锗晶体放在装有液氩的储罐中,位于意大利中部一座山下的1400米深处。

正如林肯所说,他们仍然可能永远不会发现这一过程。 他说:“但这只是一个意见。” -我不会支持他。 如果这样的实验反驳我的直觉,我不会感到惊讶。”

同时,物理学家正在探索其他能够解释宇宙由物质组成的事实的过程。 特别是,他们希望找到反物质与物质之间的所有差异,因为任何差异都可以解释为什么他们在早期宇宙中的命运被证明是不同的。 去年12月,欧洲核子研究组织(CERN)的Alpha实验测量了抗氢性能,但未发现与氢有意想不到的差异。 一月份,大型强子对撞机的Beauty实验发现,在称为lambda-baryon粒子的衰变过程中,其衰变产物不会像反物质那样以一定的角度飞散。

在未来十年中,费米实验室计划建造一个从伊利诺伊州到南达科他州的1300公里地下粒子加速器-地下中微子实验(DUNE)[中微子的地下实验]。 林肯说,实验的目的是从中微子和反中微子发出长距离的射线。 如果中微子的行为与反中微子的行为不同,这可以帮助揭示宇宙中物质多于反物质的另一个原因。

Grabmeir说,即使找不到任何东西,这些搜索也将是有益的。 他们的目标是了解宇宙运作的规则。 如果不存在让格拉布梅尔(Grabmeyr)成为粉丝的过程,则可以使用这一事实本身来排除现在提出的许多假设。

Grabmeyer小组计划再监视德国和放射性衰变迹象两年。 最后,他们希望在探测器中使用多达一吨的锗。 更多德国-更有可能出现衰退。 “在某个时候我们会找到他的,”格拉布米尔说。 但是目前,他们只是在等待。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN403275/


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