據(jù)美國趣味科學網(wǎng)站23日報道，英國牛津大學的科學家分析了大型強子對撞機(LHC)第二輪運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，首次捕捉到粲介子從物質(zhì)“變身”到反物質(zhì)的過程，這一發(fā)現(xiàn)有助于理解現(xiàn)在的宇宙為何由物質(zhì)而非反物質(zhì)組成。
每個粒子都擁有一個與其質(zhì)量、壽命和原子自旋相同但電荷相反的反粒子。光子等是自己的反粒子;而另一些粒子則由于量子疊加，可同時以正反物質(zhì)的形式存在，粲介子正是由正反夸克組成的粒子?？淇耸墙M成物質(zhì)的最小粒子。
研究人員解釋說，當粲介子(D0)與其反粒子(反D0)以疊加形式存在時，D0和反D0的波以各種方式重疊，形成另外兩個同樣處于疊加狀態(tài)的物質(zhì)粒子D1和D2。盡管D1和D2也由D0和反D0組成，但混合比例略有不同，從而使它們擁有不同的質(zhì)量和壽命。因為這些粒子波的質(zhì)量決定了其波長，也決定了它們?nèi)绾蜗嗷プ饔?，所以D1和D2之間的質(zhì)量差異決定了粲介子在正反物質(zhì)之間“變身”的速度。研究發(fā)現(xiàn)，這個質(zhì)量差異僅為3.5×10-38克。
為進行如此精確的測量，研究人員觀察了LHC內(nèi)質(zhì)子-質(zhì)子對撞產(chǎn)生的3060萬個粲介子，并比較了衰變之前移動最短距離和最長距離的粲介子之間的差異，據(jù)此算出了質(zhì)量差異。
這是科學家第二次發(fā)現(xiàn)粒子在正反物質(zhì)之間振蕩。2006年，科學家首次觀測到奇異底介子的“變身”行為，但在粲介子中發(fā)現(xiàn)這一點要困難得多，因為其更容易衰變。
標準模型顯示，大爆炸產(chǎn)生了同樣多的正反物質(zhì)，而它們相遇會彼此湮滅，但為什么我們現(xiàn)在生活的宇宙幾乎完全由物質(zhì)組成呢?研究人員表示，能在正反物質(zhì)之間“變身”的粒子或許是回答這一問題的關(guān)鍵。一些假說認為，如果粲介子等粒子從反物質(zhì)轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的頻率比從物質(zhì)轉(zhuǎn)化為反物質(zhì)的頻率更高，可以使物質(zhì)免于湮滅。
LHC將于今年9月重啟，日本Belle II實驗也在開展類似研究，科學家們有望進一步發(fā)現(xiàn)相關(guān)線索。(記者 劉霞)
總編輯圈點：
正反物質(zhì)這對“怨侶”，誰多點誰少點的問題永遠糾纏著我們?，F(xiàn)在科學家已經(jīng)知道，有些粒子實際上就是它們自己的反粒子，還有一些甚至是兩種狀態(tài)同時存在的混合物——源于疊加的量子特性。這意味著，它們實際上可以在物質(zhì)和反物質(zhì)之間擺動。現(xiàn)在，粲介子加入了這個“擺動俱樂部”，它也在這兩種狀態(tài)之間自動切換，雖然這未必就是最終答案，但可能是解開科學界最大謎團的一條重要線索。
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