世界上最大的原子加速器的物理学家们第一次观察到粒子和反粒子衰变的差异,反粒子含有一种基本的物质组成部分,称为魅力夸克。这一发现有助于解释为什么物质存在。
“这是一个历史性的里程碑,”雪城大学(Syracuse University)物理学教授、这项新研究的合作者之一谢尔顿斯通(Sheldon Stone)说。
物质和反物质
物质的每个粒子都有一个反粒子,它的质量相同,杏耀代理但电荷相反。当物质和反物质相遇时,它们彼此湮灭。这是一个问题。大爆炸本应产生等量的物质和反物质,而所有这些粒子本应彼此迅速毁灭,
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CP违逆的概念来自俄罗斯物理学家安德烈·萨哈罗夫,他在1967年提出了CP违逆的概念,用来解释为什么物质能在大爆炸中幸存下来。
“这是我们存在的必要条件之一,”斯通说,“所以了解CP违反的起源是很重要的。”
夸克有六种不同的类型,它们都有各自的特性:上和下,上和下,魅力和奇怪。1964年,物理学家首次在现实生活中观察到奇怪夸克中CP的违反。2001年,他们在含有底夸克的粒子中发现了这种现象。(这两项发现都为相关研究人员带来了诺贝尔奖。)物理学家们长期以来一直认为,这种现象也发生在含有魅力夸克的粒子身上,但从来没有人见过。
迷住了,我敢肯定
斯通是大型强子对撞机(LHC)美丽实验的研究人员之一。该实验使用了欧洲核子研究中心的大型强子对撞机。当粒子相互碰撞时,它们会分裂成组成部分,然后这些组成部分会在不到一秒的时间内衰变为更稳定的粒子。
最新的观测涉及到被称为介子的夸克的组合,特别是D0(“d- 0”)介子和反D0介子。D0介子由一个魅力夸克和一个反上夸克(上夸克的反粒子)组成。反d0介子是一个反魅力夸克和一个上夸克的组合。
这两个介子都以多种方式衰变,但其中有一小部分最终成为介子,称为介子或介子。研究人员测量了D0介子和反D0介子衰变速率的差异,这一过程包括进行间接测量,以确保他们不仅测量了两个介子初始产量的差异,也测量了他们的设备检测各种亚原子粒子的能力的差异。
底线?衰变的比率相差十分之一个百分点。
斯通说:“这意味着D0和反D0不会以相同的速度衰减,这就是我们所说的CP破坏。”
这让事情变得有趣。斯通说,衰变的差异可能不足以解释大爆炸后发生了什么,留下了如此多的物质,尽管它大到足以令人惊讶。但是现在,他说,物理学理论家们已经开始研究这些数据了。
物理学家依靠所谓的标准模型来解释亚原子尺度下的一切。斯通说,现在的问题是,标准模型做出的预测能否解释该团队刚刚做出的魅力夸克测量,或者是否需要某种新的物理学——斯通说,这将是最令人兴奋的结果。
他说:“如果这只能用新物理学来解释,杏耀那么新物理学就可以包含CP违反从何而来的概念。”