物理學(xué)家研究了三種理論上的希格斯玻色子類型，推測(cè)它們?cè)谙钪娲蟛糠址次镔|(zhì)中起了關(guān)鍵作用

　　北京時(shí)間 10 月 14 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道看，近日一項(xiàng)新研究稱，三種尚未被觀測(cè)到的希格斯粒子可能已經(jīng)導(dǎo)致宇宙中幾乎所有的反物質(zhì)消失。反物質(zhì)是粒子物理學(xué)中反粒子概念的延伸，當(dāng)物質(zhì)與反物質(zhì)結(jié)合時(shí)，會(huì)像粒子和反粒子結(jié)合一樣，發(fā)生湮滅并釋放出高能光子(伽馬射線)或其他能量較低的正反粒子對(duì)。目前，科學(xué)家還未在宇宙中找到反物質(zhì)，這種正反物質(zhì)的不對(duì)稱性成為現(xiàn)代物理學(xué)中最大的謎團(tuán)之一。

　　希格斯玻色子是標(biāo)準(zhǔn)模型里的一種基本粒子，極不穩(wěn)定，生成后會(huì)立刻衰變。2012 年，物理學(xué)家利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)證實(shí)了希格斯玻色子的存在。在預(yù)印本雜志 arXiv 上發(fā)表的一篇論文中，來(lái)自紐約布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和堪薩斯大學(xué)物理與天文系的三位理論物理學(xué)家描述了一項(xiàng)新的理論。他們表示，有三種類型的希格斯玻色子可能使物質(zhì)與反物質(zhì)發(fā)生碰撞，導(dǎo)致反物質(zhì)幾乎完全消失。

　　在宇宙中，常規(guī)物質(zhì)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)反物質(zhì)的數(shù)量?，F(xiàn)有的研究結(jié)果顯示，宇宙中每發(fā)現(xiàn)一個(gè)反物質(zhì)粒子，就有大約 10 億個(gè)物質(zhì)粒子，盡管事實(shí)上，每一次亞原子反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生等量的反物質(zhì)粒子和物質(zhì)粒子。

　　有科學(xué)家提出理論，認(rèn)為反物質(zhì)可能在宇宙形成后很快就消失了，而在大爆炸之后的宇宙中，希格斯玻色子發(fā)揮了關(guān)鍵作用。因此，研究人員開(kāi)始對(duì)希格斯玻色子展開(kāi)研究。具體來(lái)說(shuō)，他們假定存在三種尚未被發(fā)現(xiàn)的希格斯粒子，稱為“希格斯三駕馬車”(Higgs Troika)，它們很可能對(duì)反物質(zhì)的消失負(fù)有責(zé)任。

　　研究人員表示，這三種粒子，連同可能構(gòu)成早期宇宙特征的大量能量，可能導(dǎo)致了常規(guī)物質(zhì)的匯集。在這個(gè)由物質(zhì)和反物質(zhì)組成的高能量湯中，新產(chǎn)生的物質(zhì)與對(duì)應(yīng)的反物質(zhì)直接結(jié)合，然后湮滅，最終消除了幾乎所有反物質(zhì)。

　　研究人員已經(jīng)對(duì)這一理論進(jìn)行了初步驗(yàn)證。他們指出，這三種粒子不同的衰變速度可能創(chuàng)造了一場(chǎng)“完美風(fēng)暴”，使常規(guī)物質(zhì)在能量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了反物質(zhì)，從而創(chuàng)造了今天科學(xué)家觀察到的近十億比一的比例。

　　在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的研究中，科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)新型希格斯粒子方面也取得了一些進(jìn)展，這意味著，可能還存在著更多物理學(xué)家尚不知曉的希格斯粒子。盡管該研究仍處于理論階段，但研究人員表示，這些結(jié)果為研究正反物質(zhì)不對(duì)稱問(wèn)題提供另一條途徑，可能使解決宇宙形成之謎又近了一步。

　　大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(如圖)于 2015 年 4 月 5 日重新啟動(dòng)，此前進(jìn)行了兩年的維護(hù)和升級(jí)

　　大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)是世界上規(guī)模最大，也是能量最強(qiáng)的粒子加速器，位于瑞士和法國(guó)邊境的地下隧道中，長(zhǎng)度達(dá) 27 公里。2008 年，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)射出了第一道質(zhì)子束，正式開(kāi)始粒子對(duì)撞則是在 2010 年。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的環(huán)形隧道內(nèi)，質(zhì)子束以接近光速運(yùn)動(dòng)，并在 4 個(gè)相互作用點(diǎn)發(fā)生碰撞。

　　在加速器通道內(nèi)，放置著兩個(gè)質(zhì)子束管，兩束高能粒子束的方向相反，在碰撞前會(huì)以接近光速運(yùn)動(dòng)。加速管由超導(dǎo)電磁鐵包覆，以液氦冷卻。這些電磁鐵由特殊的電纜線圈構(gòu)成，在超導(dǎo)狀態(tài)下工作，能有效地導(dǎo)電而不產(chǎn)生電阻或能量損失。

　　對(duì)撞機(jī)的 4 個(gè)相互作用點(diǎn)分別設(shè)有 5 個(gè)偵測(cè)器，可以對(duì)碰撞中產(chǎn)生的新粒子進(jìn)行探測(cè)。通過(guò)分析這些碰撞，來(lái)自世界各地的物理學(xué)家正不斷加深人類對(duì)自然規(guī)律的理解。

　　大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)每秒能產(chǎn)生多達(dá) 10 億次質(zhì)子與質(zhì)子的碰撞，而下一代超大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)——稱為高亮度強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(HL-LHC)——“亮度”(單位截面碰撞發(fā)生的頻率)提高 5 至 7 倍，從而使 2026 年至 2036 年間的數(shù)據(jù)積累量增加約 10 倍。這意味著，物理學(xué)家將能夠研究更加罕見(jiàn)的現(xiàn)象并進(jìn)行更精確的測(cè)量。

　　2012 年，物理學(xué)家利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，從而在理解粒子如何獲得質(zhì)量方面取得了巨大進(jìn)展。物理學(xué)家花了四十多年時(shí)間尋找這種亞原子粒子的蹤跡，但直到 2013 年才最終得以確認(rèn)。
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