夸克中物质-反物质的不对称性

夸克中物质-反物质的不对称性

锡拉丘兹大学艺术与科学学院的物理学家证实，对于含有迷人夸克的基本粒子，物质和反物质的衰变方式是不同的。著名教授谢尔顿·斯通表示，这一发现尚属首次，尽管此前曾在具有奇异夸克或美丽夸克的粒子中观察到物质-反物质的不对称性。

他和学院高能物理(HEP)研究小组的成员首次以99.999%的确定性测量了D0介子和反D0介子转化为更稳定副产物的方式的差异。介子是由一个夸克和一个反夸克组成的亚原子粒子，通过强相互作用而结合在一起。斯通说:“人们曾多次尝试测量物质-反物质的不对称性，但到目前为止，还没有人成功。”“这是反物质研究的一个里程碑。”

这些发现可能还表明了标准模型之外的新物理学，标准模型描述了基本粒子之间如何相互作用。“在那之前，我们需要等待理论尝试以不那么深奥的方式解释观测结果，”他补充说。

物质的每一个粒子都有相应的反粒子，它们在任何方面都是相同的，但带着相反的电荷。例如，对氢原子和反氢原子的精确研究表明，它们与十几亿小数点后的数相似。当物质和反物质粒子接触时，它们以能量的爆发相互湮灭——类似于140亿年前的大爆炸。这就是为什么在我们周围的宇宙中自然存在的反物质如此之少。

斯通脑子里的问题涉及到物质和反物质的平等但对立的性质。“如果同样数量的物质和反物质在宇宙诞生时爆炸而存在，那么除了纯粹的能量，就不会留下任何东西。显然，这并没有发生，”他略带轻描淡写地说。因此，斯通和他的LHCb同事一直在寻找物质和反物质的细微差别，以理解为什么物质如此普遍。

答案可能就在欧洲核子研究中心。在那里，科学家们用大型强子对撞机(LHC)将质子撞在一起，创造出反物质。大型强子对撞机产生的能量越多，在碰撞过程中形成的粒子——以及反粒子——的质量就越大。正是在这些碰撞的碎片中，雪城大学HEP小组的博士后Ivan Polyakov等科学家在寻找粒子成分。

他说:“我们的世界里没有反物质，所以我们必须人工制造反物质。”“这些碰撞的数据使我们能够将不稳定粒子的衰变和转化映射成更稳定的副产品。”HEP因其对夸克(构成物质的基本粒子)的开创性研究而闻名。夸克有六种类型或口味，但科学家们通常是成对讨论它们的:上/下，魅力/奇怪和上/下。每对电子都有相应的质量和分数电荷。

除了美丽的夸克(LHCb中的“b”)，HEP还对迷人的夸克感兴趣。尽管夸克的质量相对较高，但它在衰变为更稳定的物质之前，只是短暂存在。最近，HEP研究了同一粒子的两个版本。其中一个版本包含一个迷人的夸克和一个上夸克的反物质版本，称为反上夸克。另一个版本有反魅力夸克和向上夸克。

利用大型强子对撞机的数据，他们确定了这两个版本的粒子，并计算了每个粒子衰变成新副产品的次数。斯通说:“这两种可能结果的比例对于两种粒子来说应该是相同的，但是我们发现它们的比例相差了大约0.1个百分点。”“这证明了迷人的物质和反物质粒子并不是完全可以互换的。”Polyakov补充道:“粒子表面看起来是一样的，但内部的行为却不同。这就是反物质之谜。”

物质和反物质行为不同的观点并不新鲜。先前对具有奇怪夸克和底夸克的粒子的研究证实了这一点。