最大的宇宙奧秘“靠近”解決方案

超級Kamiokande檢測器由一個裝有50,000噸純凈水的圓柱形鋼制儲罐組成。探測器壁被稱為光電倍增管(PMT)的光電傳感器覆蓋

恒星壹粟,星系拜隧,行星以及構成我們日常生活的幾乎所有事物都歸因于它的存在。

這種怪異的性質使事物以反物質為代價支配宇宙趁仙,這仍然是一個謎洪添。

現在,日本一項實驗的結果可以幫助研究人員解決這一難題-科學領域中最大的難題雀费。

它取決于物質和反物質粒子行為方式的差異干奢。

我們所熟悉的世界-包括我們可以觸摸的所有日常物體-是由物質組成的。物質的基本組成部分是亞原子粒子盏袄,例如電子忿峻,夸克和中微子。

反物質之謎的新線索

實驗室視野中的超新星“流”

但是物質有一個陰暗的對應物辕羽,叫做反物質逛尚。普通物質的每個亞原子粒子都有一個對應的“反粒子”。

今天刁愿,在宇宙中绰寞,有比反物質更多的事情。但這并不總是這樣。

大爆炸應該創(chuàng)造了同等數量的物質和反物質克握。

宇宙微波背景(CMB)通常被描述為大爆炸的“余輝”

設菲爾德大學的李·湯普森教授說:“當粒子物理學家在加速器中產生新粒子時蕾管,他們總是發(fā)現它們會產生粒子-反粒子對:對于每個負電子,一個帶正電的正電子(電子的反物質對應物)菩暗£” 350強T2K合作中的一部分,其中包括來自英國大學的大量科學家停团。

“那么旷坦,為什么宇宙不存在50%的反物質?這是宇宙學中一個長期存在的問題-反物質發(fā)生了什么佑稠?”

但是秒梅,當物質粒子遇到其反粒子時,它們會“ an滅”-消失在能量中舌胶。

在大爆炸的一秒的第一部分中捆蜀,熾熱,密集的宇宙嘶嘶作響幔嫂,粒子反粒子對突然出現并消失辆它。如果沒有其他未知的機制發(fā)揮作用,那么宇宙應該只剩下剩余的能量履恩。

中微子:粒子世界的“超級英雄”

希格斯工廠是“大物理學必不可少的”

曼徹斯特大學粒子物理小組負責人斯特凡·索爾德納-倫博德教授對英國廣播公司新聞說:“這將很無聊锰茉,而我們不會在這里∏行模”

那么發(fā)生了什么事情來平衡呢飒筑?

這就是T2K實驗的開始。T2K位于日本飛ida神岡地區(qū)地下的超級神岡巖中微子觀測站绽昏。

研究人員使用該設施的探測器觀察中微子及其對應的反中微子协屡,它們在東海的日本質子加速器研究中心(J-Parc)產生了295公里。T2K代表東海到神岡全谤。

Cern制作了將在DUNE使用的探測器的原型

當它們穿過地球時肤晓,顆粒和反顆粒會在不同的物理特性(稱為風味)之間振蕩。

物理學家認為啼县,發(fā)現中微子和反中微子的物理特性存在差異或不對稱,可能有助于我們理解為什么物質與反物質相比如此普遍沸久。這種不對稱稱為電荷共軛和奇偶性反轉(CP)違反季眷。

這是俄羅斯物理學家安德烈·薩哈羅夫(Andrei Sakharov)在1967年提出的三個必要條件之一,必須滿足這些條件以不同的速率生產物質和反物質卷胯。

在分析了9年的數據后子刮,研究人員通過記錄到達Super Kamiokande的數值與他們所創(chuàng)造的味道不同的數字,發(fā)現中微子和抗中微子的振蕩方式不匹配。

結果也達到了統計上的顯著水平-稱為三西格瑪-足夠高挺峡,表明這些粒子中發(fā)生CP違規(guī)葵孤。

研究結果已發(fā)表在《自然》雜志上。

StefanS?ldner-Rembold說:“雖然夸克的CP違規(guī)行為在實驗上已經很成熟橱赠,但中微子卻從未發(fā)現過CP違規(guī)行為尤仍。”

安德烈·薩哈羅夫(Andrei Sakharov)為蘇聯開發(fā)了核武器狭姨,但后來為裁軍而戰(zhàn)宰啦。他提出了三種不同速率產生物質和反物質的條件

“違反CP對稱性是存在以物質為主的宇宙的(薩哈羅夫)條件之一,但不幸的是饼拍,夸克驅動的效應太小赡模,無法解釋為什么我們的宇宙主要充滿物質。

“發(fā)現中微子對CP的侵犯將是理解宇宙如何形成的巨大飛躍师抄±旄蹋”

他說,稱為瘦發(fā)生的理論將物質的優(yōu)勢與涉及中微子的CP破壞聯系起來叨吮。S?ldner-Rembold教授說:“這些瘦素生成模型??預測辆布,物質占主導地位實際上是中微子產生的。如果您觀察到中微子CP的違反挤安,那將有力地表明瘦素生成模型??是前進的方向谚殊。”

T2K的結果“強烈暗示” CP違反效應對于中微子可能很大蛤铜。

這意味著目前正在南達科他州的一個礦山中建造的下一代中微子實驗DUNE可能比預期更快地檢測到這種影響嫩絮。該國際項目由美國費米國家加速器實驗室(Fermilab)主持。

S?ldner-Rembold教授是DUNE科學團隊的成員围肥,也是合作的發(fā)言人剿干。實驗的探測器將埋藏在地下一英里處的7萬噸液態(tài)氬。它將用于高精度發(fā)現和測量CP違規(guī)穆刻。

他補充說置尔,T2K的結果“使我們離建立一個模型可以更進一步,該模型可以解釋宇宙是如何從一開始發(fā)展到今天由物質主導的宇宙”氢伟。

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