經過蘇塞克斯大學和其他地方的研究人員20多年的努力,一項旨在解決過去50年宇宙學中最深刻問題之一的實驗終於有了一個結果:即為什麼宇宙包含的物質比反物質多得多的問題。
事實上,為什麼反物質不能消除所有的物質?近期,蘇塞克斯大學的科學家們更精確地測量了中子的一種性質。這項研究的主要目的就是反物質為什麼沒有消滅宇宙中剩餘物質。也就是說,為什麼在大爆炸中產生的所有反物質並不僅僅抵消了其他的物質,也就是我們目前的宇宙和我們所處的世界。
為什麼物質仍然存在於宇宙中而沒有被反物質消滅呢?要想弄清楚這個問題,英國科學技術設施委員會(STFC)的盧瑟福·阿普爾頓實驗室、瑞士的保羅·舍雷爾研究所(PSI)和其他一些研究機構,他們正在研究中子是如何工作的。
在這之前,物理學家小組發現,中子的實體數據模型明顯小於關於物質為什麼留在宇宙中的各種理論所預測的實體數據模型;這與實驗的觀測是不相符的,所以它們必須被改變,或者找到新的理論。只有弄清楚這個問題才能有助於科學家更接近物質存在的原因。在實現開始之前,科學家們普遍認為中子或多或少具有「磁鐵」的性質。
中子的形狀是什麼樣的?答案是中子的形狀被認為有點不對稱,不像原子是原型結構的,而是有點像條形磁鐵,兩端是具有正負極。這也是研究小組所尋找的。這項實驗匯集了原子和低能核物理的技術,包括基於雷射的光學磁強計和量子自旋操縱。通過使用這些多學科工具極其精確地測量中子的性質,我們能夠探索與高能粒子物理學有關的問題以及宇宙下面對稱性的基本性質。」
01實驗經過了50000次測量
中子極其微小,因此極難測量。其他研究人員先前的測量也證實了這一點。特別是,在最近的一次測量中,研究小組不得不竭盡全力保持局部磁場非常恆定。例如,每一輛卡車在研究所旁邊的道路上行駛時,都會在一個對實驗意義重大的尺度上幹擾磁場,因此這種影響必須在測量過程中得到補償。
此外,所觀測到的中子數量必須足夠大,以便有機會測量。這些測量持續了兩年。測量了所謂的超冷中子,即速度相對較慢的中子。每300秒,就有1萬多個中子被引導到實驗中,並進行詳細的檢查。研究人員測量了總共50000條這樣的束。
02制定了新的國際標準
研究人員的最新研究結果支持並增強了他們的前輩:一個新的國際標準已經制定。中子工作的模型的尺寸仍然太小,無法用迄今為止使用過的儀器進行測量,因此一些試圖解釋物質過量的理論變得不太可能。因此,目前的謎團依然存在。
03為「新物理學」打開了大門
就是為了這些實驗,科學家們開啟了微觀世界的大門,它將超越所謂的標準物理模型,該模型規定了所有已知粒子的性質。這也是歐洲核子研究中心(CERN)大型強子對撞機(LHC)等大型設施實驗的主要目標。20世紀50年代最初為第一次中子加工測量而開發的技術導致了原子鐘和核磁共振掃描儀等改變世界的發展,時至今日,它仍在粒子物理領域保持著巨大而持續的影響。
通過對微觀世界的觀察,科學家們將會更加清晰地為我們呈現我們所生存的世界,如果不是他們,我們也不會了解反物質為什麼沒有侵吞我們的世界,中子似乎在保護著我們的宇宙。