为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

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小小的人啊
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为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

当我们环顾宇宙时:

在行星和恒星上、在星系和星系团中在气体、尘埃和等离子体中填充那些密集构造之间的空间,我们四处都能找到不异的信号,我们看到原子吸收和发射线,我们看到物量与其他形式的物量彼此感化,我们看到恒星构成和恒星灭亡,碰碰,X射线等等。

为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

但是,我们没有看到同样重要的工具:我们没有看到任何如许物量的信号,用反物量湮灭超大的标准构造。我们没有看到任何证据表白那些恒星、星系或行星是反物量构成的。我们没有看察到我们期看看到的一些反物量构造能否与物量构造碰碰(和消亡)的特征伽马射线。相反,重要的是,在我们所处的宇宙中,物量无处不在。

那对我们来说不会是个问题:虽然爱因斯坦量能方程E=mc^2告诉我们,我们能够用纯能量产生量量,我们今天在宇宙中所晓得的所有反响和法例只能通过创造等量的物量和反物量来创造量量。

为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

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图注:爱因斯坦那么,假设天然法例在物量和反物量之间完全对称,我们今天是若何来到那里的呢?宇宙是由许多物量构成的,现实上没有反物量。好吧,有两种抉择:要么宇宙生来的物量比反物量多,要么宇宙大爆炸后,在十分热和浓密的阶段,在早期就发作发作了什么,来创造一个一起头物量/反物量不合错误称的宇宙。固然我们不克不及肃清第一个选项,但假设不从头创造宇宙,我们就不克不及完全肃清第二种可能。但是,假设第二种抉择是实的,我们有很大的期看往弄清晰它是若何发作的。

为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

朝那个标的目的迈出的第一步是在1968年,其时苏联物理学家安德烈·萨哈罗夫意识到,假设宇宙只称心三个前提,就不成制止地使物量/反物量不合错误称。那三个前提如下:

宇宙必需失衡;宇宙必需违背C-和CP-对称;宇宙必需拥有违背重子数的彼此感化。

为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

第一个长短常,十分简单:宇宙也许是最末失衡的形态!当它膨胀时,它冷却下来,自在、随便和稳地发作的反响和彼此感化——好比从光子碰碰中构成物量/反物量对——突然停行,因为宇宙变得不那么热和浓密,跟着宇宙的不竭膨胀和冷却,它离它之前的接近平衡形态越来越远。

第二个,也很随便。C对称性说,假设你用反粒子替代粒子,它们应该做同样的工作。假设有粒子顺时针扭转,反粒子应顺时针扭转。假设以某种体例有粒子衰变,反粒子应该以同样的体例衰变。但是,假设C被违背,粒子和反粒子能够的行为相互相反!在几乎所有弱彼此感化(包罗放射性衰变)中,C被看察到被毁坏。

为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

在天然界中,我们看察到含有重夸克的粒子——奇夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)——在它们衰变时违背CP。但我们从未看察到第三个萨哈罗夫前提:违背重子数(B)。严厉来说,原则模子只要求保留B-L,或重子数(B)减往轻子数(L)。在原则模子的许多扩展中,例如新的电弱物理,新的高能轻子物理,具有超对称性或大同一性,大量的重子违背是可能的。

为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

为了向您展现那在早期宇宙中是若何工做的,让我们考虑一下,在大同一理论中,有两种新类型的粒子:一种是X,电荷为+4/3,B-L数为+2/3(反X,电荷为-4/3,B-L数为-2/3),Y为-1/3,B-L数为-2/3(反Y,电荷为+1/3,B-L为±2/3)。那些粒子,在炎热的早期宇宙中,只要宇宙有足够的能量来造造它们,它们就以相等的数量产生。它们不是独一的工具,但它们十分丰富。当宇宙膨胀和冷却(那是不服衡的部门),宇宙停行造造它们。它们中的一些粒子会找到相互并湮灭,而另一些粒子会衰变。它们若何衰减有规则:

粒子和反粒子之间的单个衰减途径没必要以不异的分数发作。换句话说,假设一个粒子能够以两种差别的体例衰变,并且每次衰变都有发作的几率,那么其反粒子必需以同样响应的体例衰变,但每次衰变发作的几率可能差别!

为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

夸克-反夸克对和轻子-反轻子对将湮灭,留下三个夸克和一个轻子,或相当于一个额外的重子(一个量子或中子)和一个额外的轻子(一个电子或中微子)。那一路子将使我们可以创造物量对反物量的显著不合错误称!我们能够对Y粒子和反Y粒子停止类似的阐发,最初构成一个宇宙,那个宇宙在反物量上具有不合错误称性,而最后没有。

为什么我们是由物量而不是反物量构成的?

目前还没有切当决定那在我们的宇宙中是若何发作的,虽然假设"电弱标准的新物理"或"SUSY"的阐明是准确的,强子对碰机(LHC)可能会找到那方面的证据。

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