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宇宙中反物质到哪里去了?这个1400吨庞然大物要揪出它的踪迹

宇宙印象 深度科普栏目第244期 根据宇宙大爆炸理论,物质和反物质在宇宙中是等量存在的,这就是说物质和反物质在大爆炸之后第一秒之前是存在的,但仅仅在一秒后却完全相互湮灭。

目前的宇宙学理论是这么认为,这意味着宇宙以正物质为主,那么反物质去哪儿呢?为了找出这个问题,日本科学家在建造了SuperKEKB对撞机,对撞轨道周长为三公里,相比27公里的大型强子对撞机要逊色一些。但别小看SuperKEKB对撞机,可以使科学家清楚地观察到宇宙基本粒子,撞击中产生的粒子是揭开反物质之谜的前提。

SuperKEKB对撞机使用磁铁在一个方向上加速对撞粒子,虽然这台对撞机不是很大,但也有1400吨重。与大型强子对撞机相比确实小了点,然而也可以实现对宇宙大爆炸的研究。正所谓麻雀虽小五脏俱全,日本希望自己的粒子加速器将被证明是有用的。

SuperKEKB对撞机被设计成可在一秒内实现40次撞击,目前对撞机已经实现第一次重大里程碑对撞测试,研究人员希望它可以给物理学家提供观察粒子撞击的机会,探索超出标准模型的新物理。

亚原子粒子的奥秘一直是粒子物理学家不断追寻的谜团,SuperKEKB对撞机的科学家已经将一束正电子以接近光速的速度在主环上对撞,然后在相反的方向发出一束电子。让电子和它们的反粒子正电子进行碰撞,产生了不稳定的重粒子B介子。Belle探测器负责监视,观察B介子是如何衰变的。结果,研究小组发现不同种类的B介子衰变有差别,没有电荷的B介子比它们的反粒子衰变更快,带电荷的B介子衰变速度与前者不同。

由于物质和反物质在宇宙大爆炸第一秒后就湮灭,正物质占据上风,反物质没了踪迹。因此要寻找到反物质的奥秘,就要模拟宇宙大爆炸当时的情景。SuperKEKB对撞机与Belle II探测器可记录每秒30000次的碰撞数据,还原宇宙大爆炸粒子对撞的情景。如果这个项目获得成功,我们将揭开反物质的谜团,就像LHC那样揭开万物质量之源那样,找到希格斯玻色子。而反物质的奥秘就存在其中,只是何时被我们发现罢了。

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