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早期宇宙中轴子场导致更多物质生成

科技日报北京3月26日电 (记者刘霞)宇宙为什么由物质而非反物质组成?是科学界最大未解之谜之一。美国科学家在最新一期《物理评论快报》杂志指出,轴子或许是帮助物质“打败”反物质的“幕后功臣”。

暨南大学理工学院教授杨峤立对科技日报记者解释说:“1977年,科学家提出轴子这一假想粒子。他们认为,如果这种亚原子粒子真的存在,可以解决两大粒子物理学难题:一是暗物质来源;二是为什么夸克(组成质子和中子的粒子)之间的强相互作用遵守电荷和宇称(CP)对称而弱相互作用不遵守。”

轴子的潜力可能还不止于此!据美国《科学新闻》网站25日报道,密歇根大学的洪东名和普林斯顿大学的针谷启介表示,轴子或可解释为什么宇宙主要由物质组成——早期宇宙中,轴子场可导致物质的产生超过反物质。

科学家认为,138亿年前,宇宙大爆炸本应产生了同等数量的正物质和反物质,但正反物质相遇时会彼此湮灭,因此在宇宙演化过程中,可能存在某种过程,让物质“打败”了反物质,但科学家一直未曾找出原因,有人认为中微子在其中发挥关键作用,但新研究认为“幕后功臣”或是轴子。

最新观点基于轴子场的演化。轴子场是一种假想的、弥散于空间的场。新研究称,轴子场的振动会产生轴子。在早期宇宙中,轴子场处于可能的最低能量状态前拥有很多能量。通过一系列与强作用力(让夸克紧紧依附在一起)和弱作用力(产生某些放射性衰变)相关的相互作用,“在早期宇宙中,轴子场的螺旋衰变产生了更多物质”。

杨峤立说:“最新研究极富创新性,正反物质不对称是人类自然科学的重大未解之谜之一,新研究极大拓展了理论研究的可能性。”

科学家目前正借助一些试验“通缉”轴子,如美国的“轴子暗物质实验”(ADMX)。但这两位科学家认为,轴子质量可能比ADMX实验搜寻的要大得多,“国际轴子天文台”等实验未来有望搜寻质量更大的轴子。此外,另一种尚未“现身”的大质量粒子或许也是解释现有正反物质之间的数量偏差的关键。