宇宙學最大的謎團是對稱性的破壞,為什麼反物質幾乎不存在?

Mondo 科學 更新 2024-02-17

物理學家認為,宇宙中的一切都是由三種基本物質組成的它們是質子、中子和電子這三種物質的排列和組合產生了宇宙中的一切。

從地球到火星再到仙女座星系,甚至到宇宙的邊緣,我們仍然可以看到由這三種基本粒子構成的物質,但對於宇宙學家來說,有乙個謎團:為什麼我們的宇宙中有這麼多的正物質,而幾乎沒有反物質?

這就是對稱性斷裂,即宇宙瞬間產生的正物質和反物質的量不同,正物質沒有完全湮滅,這就產生了我們看到的宇宙。

反物質聽起來像是科幻小說中的乙個概念,但它是如此真實,以至於它是1932年粒子物理學標準模型的關鍵部分carl d. anderson在加州理工學院使用雲室和磁場進行的實驗中首次檢測到反物質。

就物理特性而言,反物質除了電子之外,與正常物質完全相同,但正是因為反物質的電子與正常物質相反,所以它們在接觸後會相互抵消,或者湮滅,並在此過程中將100%的質量釋放成能量相比之下,核聚變的質能轉換率僅為07%。

後來的研究表明,反物質的質量與普通粒子完全相同,在研究電磁力的影響時,實驗再次發現它們的行為與普通粒子完全相同,只是電荷相反,但當物理學家開始研究弱相互作用力時,他們意識到反物質粒子和普通粒子之間存在不對稱性。

儘管反物質在某些方面與物質的行為不同,但對於科學界來說,它是否遵循與物質相同的引力定律一直是乙個未解之謎,歐洲核子研究中心的物理學家進行了實驗,試圖確定反物質是否以與物質相同的方式被引力向下拉,或者它是否表現出不同的引力特性。

在歐洲核子研究中心(CERN)進行的阿爾法實驗中,科學家首次獲得了地球表面反物質引力加速度的實際資料,實驗結果表明,大約75%的反氫原子通過實驗室容器的底部逸出,表明反物質被重力向下拉動。

也就是說,在目前的情況下,反物質是沒有反重力的,未來可能只能算是質能轉換率100%的能源,而不是反重力的源。

雖然反物質在弱相互作用中表現出與物質的差異,但這些差異並不足以解釋宇宙中物質與反物質之間的巨大不對稱性,我們仍然不知道宇宙中究竟發生了什麼,以及為什麼正常物質不僅僅是反物質。

如果我們能夠掌握未來反物質產生和湮滅的機制,可能會幫助我們更好地理解早期宇宙的狀況以及物質與反物質不對稱的起源,而宇宙中最大的兩個謎團,暗物質和暗能量,也可能與反物質有關。

反物質觸及物理學中的許多基本問題,從宇宙的起源和結構到基本粒子的性質。 隨著實驗技術的進步和理論研究的深入,我們對反物質的理解將不斷提高,這可能會導致物理學和其他科學領域的革命性變化。

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