宇宙學中的一個關鍵謎題可能透過2012年發現的希格斯玻色子得到解答——現在它是10月8日2013年諾貝爾物理學獎的主要競爭者。
兩位物理學家認為，希格斯在早期宇宙中發揮了關鍵作用，產生了觀測到的物質和反物質粒子數量之間的差異，並決定了神秘暗物質的密度，暗物質構成了宇宙中五分之六的物質。
在《物理評論快報》接受發表的一篇論文中，密歇根大學安娜堡分校的肖恩·圖林和西班牙巴塞羅那加泰羅尼亞研究所的傑拉爾丁·瑟文特表示，早期宇宙中可能存在希格斯玻色子和它的反物質對應物反希格斯之間的不對稱性。
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人們認為希格斯目前沒有反粒子，但標準的宇宙學模型允許在極早期的宇宙中存在希格斯玻色子和反希格斯玻色子。圖林和瑟文特的想法是，這些粒子的數量之間存在不平衡。希格斯與普通物質相互作用，而希格斯和反希格斯粒子數量的不平衡可能轉化為物質和反物質數量的不對稱性。“我們真的讓希格斯成為關鍵角色，而在許多其他宇宙學理論中，它只是一個副產品，”圖林說。
該團隊將這個想法稱為希格斯創生，這個名稱來源於重子創生，重子創生是一個被提出來創造更多重子（包括質子和中子的粒子）而不是反重子的早期宇宙過程。“希格斯創生是一種替代方案，”圖林說。
缺失的粒子
圖林和瑟文特表明，如果希格斯也與暗物質相互作用——例如，在它衰變時產生暗物質粒子——它可以產生暗物質與可見物質的比率，這與我們今天在宇宙中看到的一致。瑟文特說，希格斯以這種方式相互作用的一個後果是對暗物質進行新的潛在測試，而暗物質迄今為止已被證明難以直接觀察到。當希格斯在歐洲粒子物理實驗室 CERN（位於瑞士日內瓦附近）的大型強子對撞機中衰變成其他粒子時，它偶爾會形成無法被探測到的暗物質粒子。瑟文特說，尚未對大型強子對撞機的希格斯衰變進行足夠仔細的研究以判斷這種情況是否正在發生，但未來可能會進行研究。
其他小組也在研究希格斯創生。7月，法國里昂大學的理論家薩查·戴維森和她的同事在預印本伺服器arXiv上上傳了一篇論文，研究了在早期宇宙中產生希格斯和反希格斯之間不對稱性所需的條件，這種不對稱性將啟動希格斯創生。他們發現一個相對簡單的理論——其中粒子物理學的標準模型包括所有正常粒子，以及兩個希格斯和一個額外的、不可觀測的類希格斯粒子——可以產生瑟文特和圖林提出的那種不對稱性。
加州大學歐文分校的理論物理學家馬諾伊·卡普林加特喜歡圖林和瑟文特的提議，因為它很簡單。“我們知道希格斯存在，我們知道有暗物質和物質-反物質不對稱性，他們試圖將三個經驗事實放在一起，”他說。“這是一種最小的方法，這使得它很有趣。”
本文經《自然》雜誌許可轉載。這篇文章於2013年10月4日首次發表。