科學家提出神秘物質!有望解開暗物質的奧秘!

2020-11-25 遨遊世界科學

經過幾十年的探索,物理學家們發現了一種奇怪的假想粒子,這種粒子從未出現在任何實驗中,換句話說,它在科學家眼裡從未存在過。這個奇怪的東西叫做六夸克,由六種不同口味的夸克組成。最關鍵的是,六夸克還能最終解釋暗物質這個令人困惑物質。物理學家已經發現,如果六夸克有一個特定的質量,那麼這種粒子就可以永遠存在。

夸克

總所周知,我們生活中所知道的一切都是由被稱為夸克的微小粒子構成的。科學家把夸克分為六種,一共有六個名字,分別是上(u)、下(d)、奇(s)、粲(c)、底(b)及頂(t)。向上和向下的品種是其中最輕的,它們也最常見,也最穩定。而較重的夸克會通過一個叫粒子衰變的過程,來迅速地變成上或下夸克。粒子衰變是一個從高質量的態變成低質量態的過程。就是由於這個原因,上及下夸克一般來說很穩定,所以它們在宇宙中很常見。

人類體內的質子和中子都是由夸克的三位一體構成的,兩個上和一個下形成質子,兩個下和一個上形成中子。事實上,夸克一般三個一組地出現,這也是迄今為止最穩定和最常見的結構。不過也有特殊情況,在我們的粒子對撞機中,我們偶爾也能創造出由一對夸克組成的粒子,這些團塊不穩定,很快就會分解成別的東西。在更特殊的試驗中,我們甚至可以把5個夸克粘在一起,讓它們彼此銜接完美,當然,它們最終也會衰變成別的東西。到目前為止,這些都是我們能夠製造的夸克的組合。然而,一些更奇怪的夸克組合出現了,它就是我們今天的主角----六夸克。

六夸克

經過幾十年對強核力的數據研究,物理學家們發現了一個奇怪的組合,這個組合在我們的實驗中還沒有出現,這是一個由六個夸克組成的排列,由兩個上、兩個下、兩個奇異物組成,所以也叫六夸克。

目前的理論不能預測六夸克的質量,這個值將取決於粒子內部單個夸克的精確排列和相互作用,所以要由實驗物理學家來找出答案。至於六夸克的穩定性呢?計算表明,如果它的質量下降到某一閾值以下,它將永遠是絕對穩定的,這意味著它永遠不會衰變。如果質量比這個大一點,但仍然低於某個閾值,那麼粒子就會衰變。

但令人疑惑的是,如果它曾經有段時間能夠趨於穩定的,為什麼科學家無法發現它呢?更奇怪的是,六夸克的穩定質量範圍低於許多粒子對撞機實驗的極限,因為這些對撞機是為了研究更稀有、更重、更短暫的粒子而設計的,它的局限性遠遠超過了六夸克所能存在的條件範圍。換句話說,六夸克可能隱藏在眼皮底下,但是我們卻從未發現它。

不過粒子對撞機並不是製造六夸克的唯一環境,科學家表示,在大爆炸的最初時刻是核能量瘋狂爆炸時期,溫度和壓力高到足以從夸克的原料中鍛造出氦和氫,在那樣的環境中,也足夠讓我們的宇宙製造出六夸克,以及所有更熟悉的亞原子特徵。

初步的計算表明,如果六夸克在質量範圍內是真實存在的,那麼它確實可以在早期宇宙中大量產生。事實上,六夸克可能仍然存在,並不是真的與任何東西相互作用,也不是真的衰變為其他任何東西,只是存在著,由於它們的質量,它們在收集的任何地方都會產生額外的引力。於是,根據這些信息,科學家把六夸克和暗物質聯想到了一起。一種看不見的粒子正充斥著宇宙並且只通過引力相互作用。沒錯,這就是暗物質。

六夸克和暗物質

暗物質是目前科學界具有爭議的話題之一,而為了讓六夸克構成暗物質,它必須實際存在。這也是目前爭論的話題之一,因為該物體從未在粒子對撞機實驗中被發現。但就像我們之前看到的,六夸克相對較輕的質量可能意味著它能夠躲過我們的探測。

但這種情況正在開始改變。位於加州的SLAC國家加速器實驗室的BaBar探測器非常擅長產生大量夸克的組合,包括一些非常重的夸克,它們會衰變為更穩定、更合理的排列。如果六夸克存在的話,BaBar探測器也會產生大量的六夸克。

不過初步研究表明沒有六夸克的跡象,但這一發現的可信度只有90%。這意味著,如果質量更大、更不穩定的夸克組合確實衰變為穩定的六夸克,它們衰變的機率非常小,每1000萬個夸克中只有一個衰變。

這是否排除了六夸克作為暗物質候選者的可能性?答案不完全是。可能是早期宇宙的條件允許產生足夠的六夸克,它們可以解釋我們估計的宇宙中暗物質的數量。但是這兩者的關係確實需要進一步的觀察!

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