科学家们热衷于探索神秘,神秘感越大,热情就越大。在科学方面有许多未解决的问题,难解决的是为什么有什么东西,而不是它什么东西。这似乎是一个哲学问题,但它是一个非常适合科学探究的问题。更具体地说,为什么宇宙是由那些使人类生命成为可能的物质构成的? 在日本进行研究的科学家上个月宣布了一项测量,直接解决了最令人着迷的问题,看起来他们的测量不同意当前的理论。
他们的测量结果似乎表明,对于一组特定的亚原子粒子,物质和反物质的作用是不同的。问宇宙是由物质构成的原因可能听起来像一个特殊的问题,这是因为,除了知道物质的存在外,科学家们也知道反物质。反物质的概念最初由英国科学家保罗迪拉克在1928年提出,结合等量的物质和反物质,两者相互湮灭,释放出大量的能量。并且,因为物理原理通常反过来同样有效,如果你有大量的能量,它可以转化为完全相等的物质和反物质。反物质最早于1932年由美国科学家卡尔安德森发现,研究人员已经花费一个世纪的时间来研究它的性质。
在大爆炸之后的短暂时刻,宇宙充满活力。随着它的膨胀和冷却,这种能量应该转化为相等的物质和反物质,这应该是今天可以观察到的。然而,我们的宇宙基本上完全由物质组成,这怎么可能?后来,科学家发现,“完全相等”并不完全正确,不知何故,当宇宙大约是万亿分之一秒时,自然法则在物质方向上略微倾斜。如果30亿个物质粒子和30亿个反物质粒子结合在一起并湮没,只会留下过量的物质,构成我们今天看到的宇宙。
近一个世纪,科学家一直专注于物质与反物质的研究,但是研究的成果还不足以解释宇宙物质存在的根本原因。于是,人们开始转向中微子,看看他们的行为是否可以解释多余的物质。中微子是亚原子世界的幽灵,通过弱核力进行相互作用,它们可以通过物质而几乎不会相互作用。物理学家知道三种不同的中微子,称为电子中微子,μ子中微子和tau中微子,它们互相可以“变形”成其他类型的中微子并再次还原,这种行为称为中微子振荡。
通过一个形象的比喻来说明中微子振荡,中微子振荡是一种独特的量子现象,但它大致类似于从一碗香草冰淇淋开始,在你去找一把勺子后,你回来发现碗是半香草和半巧克力。中微子将其身份从完全一种类型改变为混合类型,再改变为完全不同的类型,然后再回到原始类型。中微子是物质粒子,但反物质中微子也同样存在。中微子会振荡,但反中微子也会振荡并且它们以与中微子完全相同的方式振荡吗?第一个问题的答案是肯定的,而第二个问题的答案是未知的。
中微子和反中微子对不同振荡频率的观察将是了解宇宙由物质构成的重要一步,而中微子与反中微子之间的差异可以解决为什么宇宙存在更多的物质,目前,全球科学界对中微子与反中微子甚感兴趣,人们认为它是宇宙得以存在而不是湮灭的真正原因。
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