宇宙中消失的反物質去哪?可利用對核反應敏感的核放射分子追查

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 08 日 18:56 | 分類 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


按照當今宇宙學模型,大爆炸後宇宙應該產生相等數量的粒子與反粒子,然而觀測表明如今宇宙幾乎找不到反物質,它們去哪了?麻省理工學院團隊最近一篇新研究表示,或許可以嘗試透過測量放射性分子對核反應的微小差異,進一步檢測物質與反物質不對稱的 CP 破壞現象。

根據愛因斯坦著名的質能關係式──E=mc²,宇宙大爆炸早期曾產生數量相當的物質與反物質,隨後大部分物質與反物質(antimatter)相遇、相吸、碰撞並湮滅,只剩下少部分物質構成現今宇宙。至於為什麼遺留下來的多數是正粒子、反粒子消失去哪了,這就是當前物理學中熱烈討論的 CP 破壞(CP violation)問題。

根據麻省理工學院團隊一篇新研究,放射性分子對於自然界其他分子看不到的核現象更加敏感,或許我們可以利用這些放射性分子來檢測 CP 破壞。

自然界中大多數原子都有一個對稱的球形原子核,中子和質子在其中均勻分佈,但在鐳等某些放射性元素中,原子核呈奇怪的梨形,中子和質子在其中分佈不均,物理學家假設這種怪異形狀會加劇 CP 破壞,若能檢測這些分子,也許能試著解開宇宙創造的謎題。

利用一種新技術,研究人員創造了可以精確控制中子數的短壽命放射性分子,接著選擇不同同位素(每個同位素比另一個多一個中子)的相同分子測量各自量子能級,沒想到從中發現因單個中子差異所引起幾乎察覺不到的核變化。

雖然放射性分子的缺點也很明顯,它們非常不穩定,團隊需要把握在極短時間內快速生成並檢測,但這些微弱效應很可能由暗物質引起,或與新的物理機制相關,若能進一步檢測,或許有機會看見違反對稱性的物理效應。

(首圖來源:麻省理工學院