為何現(xiàn)在宇宙物質(zhì)多于反物質(zhì)？ 中微子或是背后推手

　　本報(bào)記者 劉 霞 綜合外電

根據(jù)大爆炸理論和粒子物理理論，宇宙起源于大約137億年前的一次大爆炸。在宇宙誕生之初，能量轉(zhuǎn)化為同樣多的正物質(zhì)與反物質(zhì)，這兩種物質(zhì)相遇會(huì)發(fā)生劇烈爆炸，轉(zhuǎn)化為能量，并歸于湮滅。可是目前宇宙中的天體均為正物質(zhì)，沒有發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)天體。

為什么現(xiàn)在的宇宙間充滿了正物質(zhì)而非反物質(zhì)呢？這是物理學(xué)領(lǐng)域最大的謎團(tuán)之一。英國《自然》雜志8月12日報(bào)道說，在近日于美國芝加哥舉辦的第38屆高能物理國際會(huì)議(ICHEP)上，日本科學(xué)家們給出了一個(gè)解釋：中微子這種亞原子粒子在物質(zhì)形態(tài)和反物質(zhì)形態(tài)的表現(xiàn)不同。不過，他們也表示，還需要收集更多數(shù)據(jù)才能對此解釋進(jìn)行確認(rèn)。

中微子究竟為“何方神圣”

在粒子物理學(xué)里，標(biāo)準(zhǔn)模型是一套描述強(qiáng)力、弱力、電磁力這三種基本力，以及組成所有物質(zhì)的基本粒子的理論。自從20世紀(jì)70年代標(biāo)準(zhǔn)模型建立后，一直久經(jīng)考驗(yàn)而屹立不倒。但上個(gè)世紀(jì)90年代，有一種粒子公然藐視其規(guī)則，它就是中微子。根據(jù)理論，中微子不具有質(zhì)量，但實(shí)際情況是，1998年，物理學(xué)家利用日本一個(gè)礦內(nèi)的超級神岡探測器，發(fā)現(xiàn)中微子具有質(zhì)量——盡管不足電子的十億分之一。

參與美國費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室NuMI離軸中微子實(shí)驗(yàn)(NOVA)的物理學(xué)家基斯·馬特拉稱，從那時(shí)開始，世界各地的中微子實(shí)驗(yàn)如雨后春筍一樣冒出，而且科學(xué)家們也慢慢意識(shí)到，他們或許可以以這一粒子為突破口獲得新的發(fā)現(xiàn)和解釋。“它們是標(biāo)準(zhǔn)模型中的缺口。”

中微子有3種：電子中微子、μ子中微子和τ子中微子。中微子不帶電，質(zhì)量極小。根據(jù)量子力學(xué)，不同的中微子之間可以相互轉(zhuǎn)換，我們稱之為中微子振蕩。

正反中微子行為有別

在現(xiàn)在的宇宙中，物質(zhì)明顯比反物質(zhì)多，物理學(xué)家們觀察了一些物質(zhì)粒子和反物質(zhì)粒子，如K介子和B介子的行為差異，但并不足以解釋物質(zhì)為何會(huì)超越反物質(zhì)，取得支配地位。

一個(gè)答案可能是超重粒子在宇宙誕生初期，采用不對稱的形式衰變產(chǎn)生了更多的物質(zhì)。有科學(xué)家認(rèn)為，中微子一種超重的“親戚”可能是“幕后推手”。根據(jù)這一理論，如果中微子和反中微子現(xiàn)在表現(xiàn)得不一樣，那么，其更古老的對應(yīng)物也應(yīng)該存在同樣的不平衡，這或許可以解釋為什么物質(zhì)比反物質(zhì)多。

為了測試這一想法，日本從東海到神岡的中微子實(shí)驗(yàn)(T2K)的研究人員探究了物質(zhì)和反物質(zhì)中微子行進(jìn)時(shí)，在三種“味”之間振蕩的差異。他們從位于日本東海海邊的質(zhì)子加速器研究中心發(fā)射出一束μ子中微子，到295公里遠(yuǎn)的超級神岡探測器(這個(gè)地下鐵罐裝滿了5萬噸水)。研究人員計(jì)算出了在此過程中，有多少電子中微子出現(xiàn)——這是μ子中微子在整個(gè)旅程中變形成另一種中微子的信號(hào)。隨后，他們使用一束介子反中微子，重復(fù)了這一實(shí)驗(yàn)。

美國羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家?guī)r本幸之助(音譯)在出席ICHEP時(shí)表示，兩束中微子的表現(xiàn)略有不同。

該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，如果物質(zhì)和反物質(zhì)的行為沒有差異，那么，他們將在探測器內(nèi)發(fā)現(xiàn)24個(gè)電子中微子和7個(gè)電子反中微子(因?yàn)榉次镔|(zhì)更難生成和探測)，但結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)了32個(gè)中微子和4個(gè)反中微子。紐約州立大學(xué)石溪分校的物理學(xué)家、T2K實(shí)驗(yàn)成員姜常金(音譯)說：“這表明，物質(zhì)和反物質(zhì)的振蕩方式并不一樣。”