關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。 透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於發現和塑造我們當今世界的想法的具有影響力的故事。
位於日內瓦郊外的大型強子對撞機可能已啟動並執行，但它在粒子物理學界取代的頂級粒子加速器似乎還有一些驚喜要揭曉。 來自伊利諾伊州費米實驗室的特萬強子對撞機的資料顯示，根據特萬強子研究合作組織的一項新分析，一種不尋常的粒子衰變方式似乎更偏愛物質而非反物質。
物理學家和宇宙學家正在尋找這樣的機制，以幫助解釋為什麼在早期宇宙中物質戰勝了反物質，當時兩者應該以相等的比例產生，從而產生相互湮滅的風暴，而不是充滿宇宙的穩定的物質結構——星系等等。
高能物理學的某些性質已被證明是根本不對稱的，產生物質的頻率高於反物質，但數量太少，無法解釋宇宙中反物質的相對稀缺。 費米實驗室工作人員德米特里·丹尼索夫（Dmitri Denisov）表示，在萬億電子伏特加速器的DZero探測器上觀察到的新機制似乎在更大規模上發揮作用，他是DZero合作組織的聯合發言人，但它是否可以解釋當今物質的優勢還有待觀察。 無論如何，這種不對稱性與長期佔據主導地位的粒子物理學標準模型不符，這表明可能存在一些迄今未知的粒子或相互作用在起作用。
在這項新研究中，DZero合作者分析了七年多的質子-反質子碰撞，該研究小組已將其提交給《物理評論D》雜誌，並於5月16日在網上釋出。 隨著碰撞中產生的奇異的、壽命短暫的粒子逐漸衰變為更穩定的粒子（如電子），一種稱為中性B介子的碰撞產物似乎更頻繁地衰變為μ子——存在大約百萬分之二秒後進一步衰變的不穩定粒子——而不是反μ子。
丹尼索夫說：“當質子和反質子碰撞產生中性B介子時，我們預計當它們衰變時，我們將看到等量的物質和反物質。” “無論出於何種原因，負μ子（物質）多於正μ子（反物質）。” 哥倫比亞大學物理學家、DZero成員古斯塔夫·布魯伊曼斯（Gustaaf Brooijmans）表示：“我們觀察到接近1%的不對稱性。”
布魯伊曼斯指出，其他實驗也使用B介子來揭示物理學中的基本不對稱性，但這些實驗的結果更符合標準模型的預測。 所謂的B工廠已被建造，以探索這些不尋常粒子的特性，但其範圍位元萬強子對撞機可用的範圍更有限。 布魯伊曼斯說：“DZero的結果與B工廠的結果之間存在一個很大的區別。” “我們可以訪問Bs介子，而B工廠主要可以訪問Bd。”
Bs和Bd介子（之所以如此命名，是因為它們分別包含奇異夸克或下夸克）都是短壽命的，大約在1.5皮秒，或1.5萬億分之一秒內衰變。 它們被稱為中性介子，因為它們不帶淨電荷。 丹尼索夫解釋說，在它們短暫的生命週期中，它們可以在兩種形式之間振盪，每種形式都是另一種形式的反粒子。 不同之處在於，Bs介子振盪速度更快，這使它們能夠更靈活地從物質始祖變為反物質始祖，反之亦然。 丹尼索夫說：“中性B介子非常有趣，因為它們基本上可以在物質和反物質之間來回轉換，為了簡化起見，我們本以為它們會作為每個物質和反物質花費相等的時間。” “我們現在正在測量的，看起來它們更偏愛物質。”
費米實驗室的理論物理學家博格丹·多佈雷斯庫（Bogdan Dobrescu）說，即使在費米實驗室內部，來自守口如瓶的DZero小組的新結果也令人驚訝。 多佈雷斯庫說：“這非常令人興奮。” “這種重要的宣告不會經常釋出。” 他說，儘管如此，該結果必須在其他實驗中得到驗證，才能獲得更大的認可。 “在我們修改教科書之前，需要對其進行確認，”他說。
多佈雷斯庫說，現在推測這種新機制在確立物質在宇宙中的優勢方面可能發揮多大作用還為時過早。 “但是，所有關於解釋物質-反物質不對稱性的概念都不應成為本次討論的中心方面，”他說。 “我們面臨著更重要的事情，那就是，物理定律是什麼？ 物質-反物質不對稱性只是其中的一個含義。”
多佈雷斯庫說，在紙上寫下一個可以解釋B介子衰變不對稱性的新粒子是相當簡單的，但要將這些假設粒子與已知的事實相協調則更加困難。 “在大多數情況下，如果你仔細考慮，你會發現你的選擇已經被其他實驗排除在外，”他說。
如果事實證明，一種新粒子實際上是B介子偏愛物質而非反物質的奇怪傾向的原因，那麼它可能會在大型強子對撞機（LHC）前所未有的高能碰撞中被揭示出來。 但不要低估美國國內的主力軍，它比其更強大的歐洲同行領先多年，並擁有大量易於理解的資料。 布魯伊曼斯說，他的“直覺”是，這樣的粒子應該可以在LHC中觀察到。 “誰知道呢？” 他補充道。 “它可能也可以在萬億電子伏特加速器中訪問到。”