物质与反物质 "味儿足"的研究 物理学家们正携手最终解释物质究竟怎样与反物质不同 Mar 17th 2012 | from the print edition 上周,美国的费米实验室(Fermilab)报告了涉及D0介子的CP破缺(电荷共轭/宇称对称性破缺)现象,这种现象连同这种亚原子粒子都不怎么为一般人所了解。还没多久,另一个研究小组在中微子上发现了一个相关的实验结果,这个名为大亚湾合作研究项目的研究小组是由主要来自美国和中国的40多家研究机构组成的。CP破缺是物质与反物质之间的一种不对称性。这个在香港以北50公里的核反应设施内完成的实验,解开了长期以来关于中微子是否也存在CP破缺的问题。而这又联系到一个更深层的问题:为什么世界是由物质组成,而不是像初始时那样存在等量的物质与反物质。如果这种原始的均势在宇宙中占优,物质与反物质将会相互湮灭,留下一个仅仅充满着能量的世界。 严格来说,大亚湾这个实验观察的是反中微子而不是中微子。他们是核裂变的副产物,大亚湾和附近的岭澳核电站的六个反应堆可以源源提供大量此类粒子。实验的想法是看看有多少反中微子在到达主探测器(见上图,安放在反应堆附近的地下大厅中)之前消失。研究小组此前是希望它可以帮助了解中微子振荡这一现象。 中微子(和反中微子)分为三种“味”:电子-中微子,muon-中微子和tau-中微子。一个指定的中微子可以在这些“味”之间振荡。因此,一部分从反应堆喷射出来的电子-反中微子会变成其他的“味”,借此逃过专门设计来探测电子-反中微子的仪器。因为这个振荡效应,研究人员也确实观察到少了6%的这种诡异的粒子。 中微子振荡的方式可以由三个被称为混合角的参数描述,以此可以确定任意两种味之间“振荡”的发生概率。其中的两个混合角已经知道有一段时间了。剩下一个描述电子-介子和tau-介子之间振荡的theta-13被证明是最难以捉摸的。去年的两个实验(日本的T2K和美国的MINOS)发现了找到这个参数可能值的迹象。而大亚湾这个实验的结果则终于使该参数得以精确测定。让很多物理学家欣慰的是,这些结果确认了这个参数不为零。这是很关键的,因为如果它为零,就没有必要做实验观测第四个参数delta了。 Delta用来量度中微子受到CP破缺影响的程度。目前理论物理学家认为是“物质-反物质”之间的高不对称性维持着世界的稳定,而中微子的CP破缺是他们用以研究这个不对称性的有效途径。大亚湾这类涉及反应堆抛出的反中微子的实验,并不能直接测量delta角。但是这个实验项目的结果给了那些可以测量出该参数的实验更多的信心。这些实验包括T2K和MINOS,它们都是利用粒子加速器把muon-中微子加速并瞄准数百公里外的探测器。 T2K由于日本的地震和海啸而于一年前关闭了,今年一月又重新投入使用。在美国的MINOS也正在被名为NOvA的更厉害的实验所替代,新实验将于2013年开始采集数据。到那时如果运气好的话,“物质-反物质”的谜团,连同它所能解释的为什么现在这么多物质竟能存在的难题,将不再是个谜。 from the print edition | Science and technology 【译后言】这篇科技文章对我而言很是生疏,错漏和理解的偏差肯定难以避免,强烈欢迎大家讨论和提出修改的建议。 |
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