宇宙有正反物質,如何確定遇到的外星人是正外星人還是反外星人?

2021-01-19 天文同好樂園

這個問題看上去似乎很搞笑,但是如果你知道在我們的宇宙中存在正反物質,這早已成為科學上的定論,再細想一想,又似乎沒那麼好笑了。是的,作為智慧生物的我們,一直堅稱自己是由物質構成的,畢竟沒人會習慣將自己的族群定義為「反」的。但是,宇宙這麼大,絕大部分科學家相信人類並不孤獨,那麼假如有一天你正在靠近某個遙遠的有外星人生活的星球,你怎麼知道他們詞典中的「正、反」的意思是否和我們一樣呢?要怎樣才能準確無誤地確定他們的構成和我們一樣?

或者說,他們的星球會不會是反物質構成的?你將遇到的會不會是反外星人?在這些都不確定的情況下,你的降落將是不安全的,當然更不能和反外星人握手了,因為正反物質相遇會湮滅,這是科學家給你的忠告!當然,如果你不想過多的動腦子,你可以賭一把——直接降落,或者先發射一個無人探測器進入外星球的大氣層看看會發生什麼情況。不過,其實你不必冒險,因為科學家已經知道,宇宙中的正反物質是不對稱的,雖然肉眼無法分辨,但確實可以通過測量一種電中性K介子(K0,0、+、-為上標,下同)的衰變行為來準確區分。

自然界中的K介子和反K介子總是配對存在的,其配對方式決定了存活時間的長短,有時會迅速消亡,有時會長時間存活,分別被稱為「短壽命配對」和「長壽命配對」。這兩種配對都會顯示物質與反物質之間的不對稱,而長壽命配對的效應更明顯,其衰變過程中放出正電子的概率略大於負電子:每統計2000個事例,平均有1003個事例發射正電子,997個事例發射負電子。接下來,你需要做的就是和外星人交流,讓他們知道什麼是電中性K介子,以及怎麼找到它。

K介子可以通過質量來識別它,它的質量比質子或者反質子的質量的一半略大一點,再沒有第二種粒子的質量在此範圍。K介子分為三種,除了不帶電的K0,還有K+和K-,分別帶有正電荷和負電荷,因此還要確保外星人能夠準確識別出K0。你必須告訴對方,人類將原子內部的聚攏屬性稱為「電荷」,而需要識別的K0是沒有電荷的。解決了這個問題之後,外星人應該會發現K0有兩個版本,即壽命較短的和壽命較長的。

接下來就到了關鍵時刻,在人類所處的物質世界中,長壽命K介子會衰變成一個介子和一個電子或者正電子,而正電子衰變的概率略大,因此,你只要問外星人:「在衰變的過程中產生的兩種對稱的輕質粒子,出現概率較大的那個和你們在原子中發現的相同,還是相反?」如果對方回答「相同」,那就是正電子,說明外星人就是由反物質構成的,你不能降落,只能遠觀不可觸碰。如果對方回答「相反」,那就是電子,可以確定外星人和你一樣,都是由普通物質構成的,你可以降落並大膽和他們握手,繼續你奇妙的外星之旅。

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