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为什么可观测世界简直不包含反物质?反物质粒子具有与其物质相同的质量,但电荷相反。在试验室里可以发作十分少数的反物质。但是,在世界的其他地方简直看不到反物质。物理学家以为,在世界的前期前史中,物质和反物质的数量是持平——那么反物质是怎么消失的呢?密歇根州立大学(Michigan State University)的一名研讨人员在《现代物理学谈论》(Reviews of Modern Physics)上宣布了一篇论文,对这些问题进行了研讨。

博科园:密歇根州立大学稀有同位素束(FRIB)设备的物理学助理教授Jaideep Taggart Singh运用激光研讨固体中的原子和分子,辛格在密歇根州立大学的物理和地理系有一个联合录用。答案或许根植于亚原子粒子之间力的实质,当时刻倒转时(倒流)这些力并不相同。物理学家的理论是,这种时刻回转的违反是解开世界中失踪反物质之谜所必需的关键要素。这种违反力的时刻回转导致粒子具有一种称为永久电偶极矩(EDM)的性质。

60多年来,物理学家们一直在以越来越高的精确度寻觅电火花,但从未观测到它们。但是,最近粒子物理学理论猜测可测量的EDMs。这导致了全世界范围内对比方中子、分子和原子等体系中的EDMs的研讨。电火花加工的研讨一般触及在受控磁场中作业的原子钟(空间上是均匀的,时刻上是安稳的)。在电场中,具有非零电火花加工(EDM)的超安稳原子钟会运行得稍快或稍慢。这类试验的成功与否取决于物理学家能否很好地操控周围的磁场和其他环境要素。

镭和汞等原子的永久电偶极矩(EDM)主要是由来自核介质的力引起。现在对这些力的最佳约束来自于汞-199原子。西雅图华盛顿大学研讨人员发现,汞(hg) -199时钟每400个世纪差错不到一秒钟。这个试验是不或许改善的,除非能造出一个对环境要素不那么灵敏的时钟。一个与之竞赛的试验便是寻觅镭-225的EDM,由美国阿贡国家试验室、密歇根州立大学和中国科学技术大学协作。稀有同位素镭-225是一种有吸引力的替代品。它的“梨形”核(见图)将可观测到的EDM扩大了几个数量级,与汞-199的近球形核比较。

密歇根州立大学稀有同位素束研讨中心助理教授Jaideep Singh在他的试验室里运用磁屏蔽。图片:Michigan State University

为了进行一个竞赛性的试验,一个镭-225时钟只需要安稳到每两年不到一秒。这是困难的,但却是可行的。现在,镭钟的灵敏度仅受可用原子数量的约束(大约每天0.000005毫克)。在未来,运用愈加“梨形”的原子核,比方稀有的同位素原酸-229,或许将这些EDM查找灵敏度进步1000倍。换句话说,用质子原子钟进行的竞赛性试验只需要每天安稳到不到一秒钟。辛格说:咱们所看到的全部,以及其他可观察到的世界之所以存在,是因为反物质在世界诞生时消失了。

图片:Michigan State University

发现时刻回转违反的新来历,也许是使用稀有的梨形核,将开端解说这是怎么发作的。FRIB将发作很多的梨形核,如镭-225,并初次发作原锕-229。这将使寻觅具有空前灵敏度的EDM成为或许,然后回答反物质之谜。密歇根州立大学将FRIB作为美国能源部科学办公室核物理办公室的一个新科学用户设备。FRIB正在建设中,由密歇根州立大学运营,它将使科学家们可以发现稀有同位素的性质,以便更好地了解原子核物理、核天体物理、根本相互作用,以及在社会上的使用,包含在医学、疆土安全和工业方面。

博科园-科学科普|研讨/来自: 密歇根州立大学

参阅期刊文献: 《现代物理学谈论》

DOI: 10.1103/RevModPhys.91.015001

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