物理學(xué)家研究了三種理論上的希格斯玻色子類(lèi)型，推測它們在消除宇宙大部分反物質(zhì)中起了關(guān)鍵作用

　　北京時(shí)間 10 月 14 日消息，據國外媒體報道看，近日一項新研究稱(chēng)，三種尚未被觀(guān)測到的希格斯粒子可能已經(jīng)導致宇宙中幾乎所有的反物質(zhì)消失。反物質(zhì)是粒子物理學(xué)中反粒子概念的延伸，當物質(zhì)與反物質(zhì)結合時(shí)，會(huì )像粒子和反粒子結合一樣，發(fā)生湮滅并釋放出高能光子(伽馬射線(xiàn))或其他能量較低的正反粒子對。目前，科學(xué)家還未在宇宙中找到反物質(zhì)，這種正反物質(zhì)的不對稱(chēng)性成為現代物理學(xué)中最大的謎團之一。

　　希格斯玻色子是標準模型里的一種基本粒子，極不穩定，生成后會(huì )立刻衰變。2012 年，物理學(xué)家利用大型強子對撞機(LHC)證實(shí)了希格斯玻色子的存在。在預印本雜志 arXiv 上發(fā)表的一篇論文中，來(lái)自紐約布魯克海文國家實(shí)驗室和堪薩斯大學(xué)物理與天文系的三位理論物理學(xué)家描述了一項新的理論。他們表示，有三種類(lèi)型的希格斯玻色子可能使物質(zhì)與反物質(zhì)發(fā)生碰撞，導致反物質(zhì)幾乎完全消失。

　　在宇宙中，常規物質(zhì)的數量遠遠超過(guò)反物質(zhì)的數量?，F有的研究結果顯示，宇宙中每發(fā)現一個(gè)反物質(zhì)粒子，就有大約 10 億個(gè)物質(zhì)粒子，盡管事實(shí)上，每一次亞原子反應都會(huì )產(chǎn)生等量的反物質(zhì)粒子和物質(zhì)粒子。

　　有科學(xué)家提出理論，認為反物質(zhì)可能在宇宙形成后很快就消失了，而在大爆炸之后的宇宙中，希格斯玻色子發(fā)揮了關(guān)鍵作用。因此，研究人員開(kāi)始對希格斯玻色子展開(kāi)研究。具體來(lái)說(shuō)，他們假定存在三種尚未被發(fā)現的希格斯粒子，稱(chēng)為“希格斯三駕馬車(chē)”(Higgs Troika)，它們很可能對反物質(zhì)的消失負有責任。

　　研究人員表示，這三種粒子，連同可能構成早期宇宙特征的大量能量，可能導致了常規物質(zhì)的匯集。在這個(gè)由物質(zhì)和反物質(zhì)組成的高能量湯中，新產(chǎn)生的物質(zhì)與對應的反物質(zhì)直接結合，然后湮滅，最終消除了幾乎所有反物質(zhì)。

　　研究人員已經(jīng)對這一理論進(jìn)行了初步驗證。他們指出，這三種粒子不同的衰變速度可能創(chuàng )造了一場(chǎng)“完美風(fēng)暴”，使常規物質(zhì)在能量上遠遠超過(guò)了反物質(zhì)，從而創(chuàng )造了今天科學(xué)家觀(guān)察到的近十億比一的比例。

　　在大型強子對撞機的研究中，科學(xué)家在發(fā)現新型希格斯粒子方面也取得了一些進(jìn)展，這意味著(zhù)，可能還存在著(zhù)更多物理學(xué)家尚不知曉的希格斯粒子。盡管該研究仍處于理論階段，但研究人員表示，這些結果為研究正反物質(zhì)不對稱(chēng)問(wèn)題提供另一條途徑，可能使解決宇宙形成之謎又近了一步。

　　大型強子對撞機

大型強子對撞機(如圖)于 2015 年 4 月 5 日重新啟動(dòng)，此前進(jìn)行了兩年的維護和升級

　　大型強子對撞機(LHC)是世界上規模最大，也是能量最強的粒子加速器，位于瑞士和法國邊境的地下隧道中，長(cháng)度達 27 公里。2008 年，大型強子對撞機射出了第一道質(zhì)子束，正式開(kāi)始粒子對撞則是在 2010 年。在大型強子對撞機的環(huán)形隧道內，質(zhì)子束以接近光速運動(dòng)，并在 4 個(gè)相互作用點(diǎn)發(fā)生碰撞。

　　在加速器通道內，放置著(zhù)兩個(gè)質(zhì)子束管，兩束高能粒子束的方向相反，在碰撞前會(huì )以接近光速運動(dòng)。加速管由超導電磁鐵包覆，以液氦冷卻。這些電磁鐵由特殊的電纜線(xiàn)圈構成，在超導狀態(tài)下工作，能有效地導電而不產(chǎn)生電阻或能量損失。

　　對撞機的 4 個(gè)相互作用點(diǎn)分別設有 5 個(gè)偵測器，可以對碰撞中產(chǎn)生的新粒子進(jìn)行探測。通過(guò)分析這些碰撞，來(lái)自世界各地的物理學(xué)家正不斷加深人類(lèi)對自然規律的理解。

　　大型強子對撞機每秒能產(chǎn)生多達 10 億次質(zhì)子與質(zhì)子的碰撞，而下一代超大型強子對撞機——稱(chēng)為高亮度強子對撞機(HL-LHC)——“亮度”(單位截面碰撞發(fā)生的頻率)提高 5 至 7 倍，從而使 2026 年至 2036 年間的數據積累量增加約 10 倍。這意味著(zhù)，物理學(xué)家將能夠研究更加罕見(jiàn)的現象并進(jìn)行更精確的測量。

　　2012 年，物理學(xué)家利用大型強子對撞機發(fā)現了希格斯玻色子，從而在理解粒子如何獲得質(zhì)量方面取得了巨大進(jìn)展。物理學(xué)家花了四十多年時(shí)間尋找這種亞原子粒子的蹤跡，但直到 2013 年才最終得以確認。
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