據(jù)美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)站23日?qǐng)?bào)道，英國(guó)牛津大學(xué)的科學(xué)家分析了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)第二輪運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，首次捕捉到粲介子從物質(zhì)“變身”到反物質(zhì)的過程，這一發(fā)現(xiàn)有助于理解現(xiàn)在的宇宙為何由物質(zhì)而非反物質(zhì)組成。
每個(gè)粒子都擁有一個(gè)與其質(zhì)量、壽命和原子自旋相同但電荷相反的反粒子。光子等是自己的反粒子;而另一些粒子則由于量子疊加，可同時(shí)以正反物質(zhì)的形式存在，粲介子正是由正反夸克組成的粒子。夸克是組成物質(zhì)的最小粒子。
研究人員解釋說，當(dāng)粲介子(D0)與其反粒子(反D0)以疊加形式存在時(shí)，D0和反D0的波以各種方式重疊，形成另外兩個(gè)同樣處于疊加狀態(tài)的物質(zhì)粒子D1和D2。盡管D1和D2也由D0和反D0組成，但混合比例略有不同，從而使它們擁有不同的質(zhì)量和壽命。因?yàn)檫@些粒子波的質(zhì)量決定了其波長(zhǎng)，也決定了它們?nèi)绾蜗嗷プ饔茫訢1和D2之間的質(zhì)量差異決定了粲介子在正反物質(zhì)之間“變身”的速度。研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)質(zhì)量差異僅為3.5×10-38克。
為進(jìn)行如此精確的測(cè)量，研究人員觀察了LHC內(nèi)質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞產(chǎn)生的3060萬個(gè)粲介子，并比較了衰變之前移動(dòng)最短距離和最長(zhǎng)距離的粲介子之間的差異，據(jù)此算出了質(zhì)量差異。
這是科學(xué)家第二次發(fā)現(xiàn)粒子在正反物質(zhì)之間振蕩。2006年，科學(xué)家首次觀測(cè)到奇異底介子的“變身”行為，但在粲介子中發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)要困難得多，因?yàn)槠涓菀姿プ儭?/p>
標(biāo)準(zhǔn)模型顯示，大爆炸產(chǎn)生了同樣多的正反物質(zhì)，而它們相遇會(huì)彼此湮滅，但為什么我們現(xiàn)在生活的宇宙幾乎完全由物質(zhì)組成呢?研究人員表示，能在正反物質(zhì)之間“變身”的粒子或許是回答這一問題的關(guān)鍵。一些假說認(rèn)為，如果粲介子等粒子從反物質(zhì)轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的頻率比從物質(zhì)轉(zhuǎn)化為反物質(zhì)的頻率更高，可以使物質(zhì)免于湮滅。
LHC將于今年9月重啟，日本Belle II實(shí)驗(yàn)也在開展類似研究，科學(xué)家們有望進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)相關(guān)線索。(記者 劉霞)
總編輯圈點(diǎn)：
正反物質(zhì)這對(duì)“怨侶”，誰多點(diǎn)誰少點(diǎn)的問題永遠(yuǎn)糾纏著我們。現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)知道，有些粒子實(shí)際上就是它們自己的反粒子，還有一些甚至是兩種狀態(tài)同時(shí)存在的混合物——源于疊加的量子特性。這意味著，它們實(shí)際上可以在物質(zhì)和反物質(zhì)之間擺動(dòng)。現(xiàn)在，粲介子加入了這個(gè)“擺動(dòng)俱樂部”，它也在這兩種狀態(tài)之間自動(dòng)切換，雖然這未必就是最終答案，但可能是解開科學(xué)界最大謎團(tuán)的一條重要線索。
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