精品伊人久久大香线蕉,开心久久婷婷综合中文字幕,杏田冲梨,人妻无码aⅴ不卡中文字幕

■ 邢志忠  / 文

為什么地球、月亮、太陽(yáng)、銀河系以及人類(lèi)自身是由物質(zhì)（即質(zhì)子、中子和電子）而不是反物質(zhì)（即反質(zhì)子、反中子和正電子）構(gòu)成的？為什么我們沒(méi)有觀測(cè)到足夠數(shù)量的反物質(zhì)存在于宇宙空間之中？諸如此類(lèi)的問(wèn)題在1932年以前無(wú)人關(guān)注，原因在于那時(shí)人類(lèi)所知道的基本粒子僅限于電子、質(zhì)子和中子。反物質(zhì)尚未被發(fā)現(xiàn)，因此物質(zhì)與反物質(zhì)不對(duì)稱(chēng)的問(wèn)題也無(wú)從談起。本期的主打文章《村山齊博士剖析“反物質(zhì)之謎”》探討的就是這一粒子宇宙學(xué)的重大難題。

反物質(zhì)的概念是英國(guó)理論物理學(xué)家保羅·狄拉克（Paul Dirac）在1928年提出來(lái)的。他推導(dǎo)了電子的相對(duì)論性運(yùn)動(dòng)方程,發(fā)現(xiàn)具有相同質(zhì)量但攜帶相反電荷的粒子也滿(mǎn)足該方程,從而預(yù)言了電子的反粒子——正電子的存在。1932年,美國(guó)物理學(xué)家卡爾·安德森（Carl Anderson）通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了狄拉克的預(yù)言。他發(fā)現(xiàn)宇宙線中存在正電子，而且這種粒子能夠與電子成對(duì)地產(chǎn)生或湮滅。在1933年底的諾貝爾物理獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮上，狄拉克對(duì)物質(zhì)與反物質(zhì)之間的對(duì)稱(chēng)性做了精彩的表述。他說(shuō)：“如果我們?cè)谘芯孔匀唤绲幕疚锢硪?guī)律時(shí)接受粒子與反粒子完全對(duì)稱(chēng)的觀點(diǎn)，我們就必須認(rèn)定地球上乃至整個(gè)太陽(yáng)系主要包含電子和質(zhì)子的事實(shí)純屬偶然。很有可能在一些其他的星球上情況正好相反，即這些星球主要是由正電子和反質(zhì)子構(gòu)成的。實(shí)際情況也許是，半數(shù)的星球由物質(zhì)組成，而另外半數(shù)的星球由反物質(zhì)組成。這兩類(lèi)星系的光譜完全相同，目前的天文觀測(cè)手段無(wú)法區(qū)分它們。”狄拉克這番話代表了一種新宇宙觀的誕生：整個(gè)宇宙包含等量的物質(zhì)與反物質(zhì)，兩者之間是嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)的。

但是迄今為止的天文學(xué)觀測(cè)并不支持狄拉克的假說(shuō)。探測(cè)宇宙中的反物質(zhì)有兩種途徑。首先，如果存在由反物質(zhì)組成的星系，我們應(yīng)該能夠在宇宙線中觀測(cè)到反質(zhì)子和反原子核，就像宇宙線中存在質(zhì)子和原子核一樣。然而，我們從未在宇宙線中發(fā)現(xiàn)反原子核。雖然我們?cè)谟钪婢€中觀測(cè)到了少量的正電子、反質(zhì)子和反中子，但這些反粒子實(shí)際上是通過(guò)質(zhì)子或原子核與星系氣體以及地球大氣層相碰撞而產(chǎn)生的，它們的數(shù)量與理論計(jì)算相符合。其次，在物質(zhì)與反物質(zhì)相接的區(qū)域，質(zhì)子和反質(zhì)子的湮滅反應(yīng)一定會(huì)發(fā)生，從而產(chǎn)生若干帶電及中性的介子。這些介子最終衰變成光子、電子、正電子、中微子和反中微子。其中光子的譜線很特別，其能量應(yīng)在150 MeV附近取最大值。可是天文學(xué)觀測(cè)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種特殊的光子能譜。因此科學(xué)家得出結(jié)論：半徑大約為100億光年的可觀測(cè)宇宙空間中基本不存在反物質(zhì)，即宏觀上根本不存在狄拉克所預(yù)言的物質(zhì)與反物質(zhì)之間的對(duì)稱(chēng)性。然而宇宙起源的標(biāo)準(zhǔn)理論認(rèn)為，物質(zhì)與反物質(zhì)在大爆炸之初的確是成對(duì)或等量產(chǎn)生的。那么原初反物質(zhì)究竟是怎樣消失的呢？

前蘇聯(lián)氫彈之父薩哈羅夫（Andrei Sakharov）在1967年指出，宇宙的重子（即質(zhì)子和中子）與反重子（即反質(zhì)子和反中子）不對(duì)稱(chēng)可能并不依賴(lài)于大爆炸的初始條件，而是從開(kāi)始的完全對(duì)稱(chēng)狀態(tài)通過(guò)某種動(dòng)力學(xué)過(guò)程演變成后來(lái)的完全不對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)這樣的動(dòng)力學(xué)演變需要三個(gè)必要條件：重子數(shù)破壞、電荷共軛與宇稱(chēng)聯(lián)合對(duì)稱(chēng)性（CP）破壞，以及對(duì)熱平衡的偏離。粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型原則上滿(mǎn)足上述條件，但它卻無(wú)法定量地解釋可觀測(cè)宇宙的重子與反重子不對(duì)稱(chēng)之謎。1986年，日本物理學(xué)家福來(lái)正孝（Masataka Fukugita）和柳田勉（Tsutomu Yanagida）指出：如果早期宇宙空間中存在超重的馬約拉納（Majorana）中微子，它們的衰變過(guò)程可望產(chǎn)生足夠大的CP破壞效應(yīng)并導(dǎo)致輕子與反輕子之間的不對(duì)稱(chēng)，而后者可以通過(guò)電弱反常過(guò)程轉(zhuǎn)化成重子與反重子之間的不對(duì)稱(chēng)；隨著宇宙的膨脹和冷卻，重子和反重子對(duì)相互湮滅，最終剩余下來(lái)的重子成為構(gòu)成物質(zhì)世界的種子。這就是著名的“輕子生成”（Leptogenesis）機(jī)制，它合理地回答了為什么我們今天生活在物質(zhì)世界而不是反物質(zhì)世界這樣一個(gè)令人費(fèi)解的基本問(wèn)題，但我們其實(shí)還沒(méi)有足夠的理由相信它就是人類(lèi)苦苦尋找的那個(gè)關(guān)于反物質(zhì)消失之謎的真實(shí)答案。