未知新粒子X揭开宇宙两大秘密

huangdao007

未知新粒子X揭开宇宙两大秘密

    我联系了费米尝试室的Matt Buckley,进一步地询问这个迷人假设的影响。他是一位同样引用了《物理世界》论文的粒子物理学家。他澄清了几个重要的问题。
     回到我们宇宙诞生之初，物质和反物质不绝碰撞、互相湮灭。湮灭的过程随着我们的宇宙慢慢冷却下来而逐步减慢，物质和反物质本应该一样多，但实际上不是的。
     第一，理论上，这个新的"X"方案导致了物质/反物质差池称性为零，也就是说，组成所有已知物质的重子数量和所有看不见的暗物质数量平衡——这个表述比前一个更精准。

    大自然似乎至今对物质都略显偏爱：违反所谓CP对称的现象多次在尝试室中被证实。衰减的亚原子似乎更乐意形成物质粒子而不是反物质粒子。但是，这仅仅是一种轻微的倾向，以至于在现实世界难以观测到物质和反物质的不服衡现象。

    如果你关注人类探寻难以琢磨的暗物质的最新进展，你可能已经注意到《物理世界》最新引用《物理评论快报》的一篇论文，文中提议一种未知的"X"粒子作为弱作用重粒子（WIMPs）的候选者。
  
     相反，物质粒子比反物质粒子略多一些。从星系到尘螨，我们可视宇宙中的一切都是物质的，因为在长时间的湮灭战中物质取得了最终胜利。

    如果费米尝试室的结论是正确的，对付物质生成论将是个坏动静。但是如果CoGent和DAMA的结论是正确的话——他们的结论只要求7或8GeV的能量，比理论预期的100GeV要小很多——那么暗物质粒子”看来和我们预期的不太一样“，Buckley说，在某种水平上物质生成论或者某种相似的斗胆的新模型将可能取代现有的WIMP模型。

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       根据假设，"X"粒子要么衰酿成一个中子，要么衰酿成两个假设的未知粒子，我们称它们为"Y"和"Θ"（物理学家在命名方面简直缺乏新意）。同时，一个反"X"粒子要么衰酿成一个反中子，要么衰酿成两个未知的粒子：反"Y"粒子和反"θ"粒子。
     特别的收获是，"X"粒子还能解决另一个困扰已久的宇宙谜题：为什么宇宙中物质多于反物质？（物理学家称之为“重子差池称”。）
     科学家甚至想出了一种检测反"Y"和反"θ"粒子对的要领（它们是反"X"粒子衰变的产品）。它们和WIMPS差异，好比它们不会湮灭。但是它们可能导致质子衰变，如果这个假设被证明是正确的，这将是一个大问题。因为在现有粒子物理的尺度模型中质子是不能衰变的。
     第二，我问Buckley是不是所有的这些意味着WIMPs很可能就是暗物质的最佳候选者，因为它们在世界各地被做了海量的尝试。回答很简短：“WIMPs不是独一的答案。”但是它们在理论上仍然很重要。
     我们仍将看到违反CP守恒的现象。"X"粒子更倾向于衰变为中子而不是未知的两种粒子。但是这个现象被反"X"粒子抵消了：反"X"粒子更倾向于衰变为未知的两种反粒子而不是反中子。
     Buckley引用了最近一些关于暗物质的尝试成果，它们是互相矛盾的。一方面是美国科进系统公司（CoGeNT）和DAMA/LIBRA小组，另一方面是费米尝试室（FERMI），它将决定Davoudiasl等人物质生成论的命运，同时增补CoGeNT公司和DAMA/LIBRA小组的结论，因为两方面结论不但一点争议。（至少还有另外两个尝试组在研究暗物质，CDMS小组和XENON10小组）

    我们在这里讨论的“阴阳”现象是从《物理世界》那篇论文中联想到的。Davoudiasl等人提出一种正反"X"粒子对的假设："X"粒子诞生于物质衰变，反"X"粒子诞生于反物质衰变。他们把这个过程成为“物质生成论”。

    “对我们而言，重子的CP镜像对称需要被冲破。”Buckley解释说。“按通例观点，暗物质不是反物质，宇宙仅有破损镜像的一半。根据物质生成论，宇宙是有镜像的两面，但是镜像对称仍需要冲破。”

    也许实际存在的反物质比我们观测到的多的多，因为我们看不见它们。也许由"X"粒子构成的反物质其本质就是暗物质。

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      物质生成论仅仅是”一种关于暗物质很有趣很奇特的处理惩罚要领“：即很小的质量（对比于每个质子1Gev只有几Gev）可以和核子彼此湮灭，使得其成为一种奇特的具有可丈量性的方案。
     那么这种差池称到底是如何发生的呢？布鲁克海文（Brookhaven）的Hooman以及他在加拿大国家尝试研究中心（TRIUMF）和英属哥伦比亚大学的同事们揣摩在宇宙婴儿期的神秘粒子"X"将是解决大自然界暗物质之谜和重子差池称之谜的关键。

    Buckley谨慎地指出正是因为所有探测暗物质的尝试都没有证实WIMPs需要那么大的能量（100GeV),所以也没有强有力的证据证明新的物质生成论是正确的。但是，他说，”这是对现有WIMP理论的一个挑战，我们必需尽快寻找新的方案。物质生成论只是众多新观点中的一个。”就像众多物理学的大谜题一样，让我们拭目以待吧。

    如果用一个反"Y"粒子碰撞一个质子，该质子将衰酿成一个"θ"粒子和一个K中介子。而K中介子能被任何质子衰变探测仪探测到，好比日本的超等神冈探测器（精度最高）。

    我身边很多人常常问重子差池称的问题，好比“为什么物质比反物质要多？”（事实上我曾经也这么问过）由于很难用一两个句子将这个复杂的问题解释清楚，凡是简化的描述就足够了。但是这次不是这样。
  
    而Buckley说，更准确的提问应该是“为什么可见的核子多于反核子？”。那是因为和物质生成论一样，冲破物质和反物质的对称也是有须要的。

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量化的研究数据呢？