QUẢNG CÁO

Tại sao 'Vật chất' thống trị Vũ trụ mà không phải 'Phản vật chất'? Trong nhiệm vụ tại sao vũ trụ tồn tại

Trong vũ trụ rất sơ khai, ngay sau Vụ nổ lớn, 'vật chất' và 'phản vật chất' đều tồn tại với số lượng bằng nhau. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa rõ lý do, 'vật chất' thống trị vũ trụ hiện tại. Các nhà nghiên cứu T2K gần đây đã chỉ ra sự xuất hiện của vi phạm điện tích-chẵn lẻ có thể xảy ra trong neutrino và các dao động phản neutrino tương ứng. Đây là một bước tiến trong việc hiểu tại sao vật chất thống trị vũ trụ.

Vụ nổ lớn (xảy ra khoảng 13.8 tỷ năm trước) và các lý thuyết vật lý liên quan khác cho thấy rằng vũ trụ là bức xạ 'chiếm ưu thế' và 'vật chất' và 'phản vật chất'tồn tại với số lượng như nhau.

Nhưng vũ trụ mà chúng ta biết ngày nay là 'vật chất' thống trị. Tại sao? Đây là một trong những bí ẩn hấp dẫn nhất của vũ trụ. (1).

Sản phẩm vũ trụ mà chúng ta biết ngày nay bắt đầu với lượng 'vật chất' và 'phản vật chất' bằng nhau, cả hai đều được tạo ra thành từng cặp theo quy luật tự nhiên yêu cầu và sau đó bị triệt tiêu liên tục tạo ra bức xạ được gọi là 'bức xạ phông vũ trụ'. Trong khoảng 100 micro giây của Vụ nổ lớn, vật chất (các hạt) bằng cách nào đó bắt đầu đông hơn phản hạt bằng cách nói một trong mỗi tỷ và trong vòng vài giây, tất cả phản vật chất đã bị phá hủy, chỉ còn lại vật chất.

Quá trình hoặc cơ chế nào tạo ra sự khác biệt hoặc bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất này?

Vào năm 1967, nhà vật lý lý thuyết người Nga Andrei Sakharov đã công nhận ba điều kiện cần thiết để xảy ra sự mất cân bằng (hoặc sản sinh vật chất và phản vật chất với tốc độ khác nhau) trong vũ trụ. Điều kiện Sakharov đầu tiên là vi phạm số baryon (một số lượng tử vẫn được bảo toàn trong một tương tác). Nó có nghĩa là các proton phân rã cực kỳ chậm thành các hạt hạ nguyên tử nhẹ hơn như pion trung tính và positron. Tương tự, một phản proton bị phân rã thành một pion và một điện tử. Điều kiện thứ hai là vi phạm đối xứng liên hợp điện tích, C, và đối xứng liên hợp điện tích-chẵn lẻ, CP còn được gọi là vi phạm điện tích-chẵn lẻ. Điều kiện thứ ba là quá trình tạo ra sự bất đối xứng baryon không được ở trạng thái cân bằng nhiệt do sự giãn nở nhanh chóng làm giảm sự xuất hiện của sự hủy cặp.

Đó là tiêu chí thứ hai của Sakharov về vi phạm CP, là một ví dụ về kiểu bất đối xứng giữa các hạt và phản hạt của chúng mô tả cách chúng phân rã. Bằng cách so sánh cách các hạt và phản hạt hoạt động, tức là cách chúng di chuyển, tương tác và phân rã, các nhà khoa học có thể tìm thấy bằng chứng về sự bất đối xứng đó. Vi phạm CP cung cấp bằng chứng cho thấy một số quá trình vật lý không xác định là nguyên nhân tạo ra sự khác biệt giữa vật chất và phản vật chất.

Các tương tác điện từ và 'tương tác mạnh' được biết là đối xứng theo C và P, và do đó chúng cũng đối xứng theo CP sản phẩm (3). '' Tuy nhiên, điều này không nhất thiết phải xảy ra đối với 'tương tác yếu', vi phạm cả đối xứng C và P '' Giáo sư BA Robson nói. Ông nói thêm rằng "sự vi phạm CP trong các tương tác yếu có nghĩa là các quá trình vật lý như vậy có thể dẫn đến sự vi phạm gián tiếp số baryon để tạo ra vật chất sẽ được ưu tiên hơn là tạo ra phản vật chất ''. Các hạt không phải quark không cho thấy bất kỳ vi phạm CP nào trong khi vi phạm CP trong các hạt quark quá nhỏ và không đáng kể để có sự khác biệt về tạo vật chất và phản vật chất. Vì vậy, vi phạm CP trong lepton (neutrino) trở nên quan trọng và nếu nó được chứng minh thì nó sẽ trả lời tại sao vũ trụ là vật chất thống trị.

Mặc dù sự vi phạm đối xứng CP vẫn chưa được chứng minh một cách chính xác (1) nhưng những phát hiện do nhóm T2K báo cáo gần đây cho thấy rằng các nhà khoa học đang thực sự gần gũi với nó. Lần đầu tiên người ta chứng minh được rằng sự chuyển đổi từ hạt sang điện tử và neutrino được ưa chuộng hơn sự chuyển từ phản hạt sang điện tử và phản neutrino, thông qua các thí nghiệm rất phức tạp tại T2K (Tokai đến Kamioka) (2). T2K đề cập đến một cặp phòng thí nghiệm, Tổ hợp Nghiên cứu Máy gia tốc Proton của Nhật Bản (J-Parc) ở Mã Lai và đài quan sát neutrino ngầm Super-Kamiokande ở phim hoạt hình, Nhật Bản, cách nhau khoảng 300 km. Máy gia tốc proton tại Tokai đã tạo ra các hạt và phản hạt từ các vụ va chạm và máy dò năng lượng cao tại Kamioka đã quan sát các hạt neutrino và phản vật chất của chúng, phản neutrino bằng cách thực hiện các phép đo rất chính xác.

Sau khi phân tích dữ liệu trong vài năm tại T2K, các nhà khoa học đã có thể đo thông số gọi là delta-CP, điều chỉnh sự phá vỡ đối xứng CP trong dao động neutrino và phát hiện ra sự không phù hợp hoặc sở thích nâng cao tốc độ neutrino mà cuối cùng có thể dẫn đến xác nhận vi phạm CP trong cách thức dao động của neutrino và phản neutrino. Các kết quả được tìm thấy bởi nhóm T2K có ý nghĩa thống kê với mức độ tin cậy 3-sigma hoặc 99.7%. Đó là một thành tựu quan trọng khi xác nhận vi phạm CP liên quan đến hạt neutrino có liên quan đến sự thống trị của vật chất trong vũ trụ. Các thử nghiệm sâu hơn với cơ sở dữ liệu lớn hơn sẽ kiểm tra xem liệu vi phạm đối xứng CP leptonic này có lớn hơn vi phạm CP trong quark hay không. Nếu đúng như vậy thì cuối cùng chúng ta sẽ có câu trả lời cho câu hỏi Tại sao vũ trụ là vật chất thống trị.

Mặc dù thí nghiệm T2K không xác định rõ ràng rằng vi phạm đối xứng CP đã xảy ra nhưng nó là một cột mốc quan trọng mà nó kết luận cho thấy sự ưa thích mạnh mẽ đối với tốc độ nơtron điện tử nâng cao và đưa chúng ta đến gần hơn để chứng minh sự xuất hiện của vi phạm đối xứng CP và cuối cùng là trả lời "tại sao vũ trụ là vật chất thống trị".

***

Tài liệu tham khảo:

1. Đại học Tokyo, 2020. '' Kết quả T2K Hạn chế Giá trị Có thể có của Giai đoạn CP Neutrino -… .. '' Thông cáo Báo chí Xuất bản ngày 16 tháng 2020 năm XNUMX. Có sẵn trực tuyến tại http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Truy cập ngày 17 tháng 2020 năm XNUMX.

2. Sự hợp tác T2K, năm 2020. Hạn chế về pha vi phạm đối xứng vật chất - phản vật chất trong dao động neutrino. Tự nhiên tập 580, trang339–344 (2020). Xuất bản: 15 tháng 2020 năm XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0

3. Robson, BA, 2018. Bài toán Bất đối xứng Vật chất-Phản vật chất. Tạp chí Vật lý Năng lượng Cao, Lực hấp dẫn và Vũ trụ học, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015

***

Theo dõi bản tin của chúng tôi

Để được cập nhật tất cả các tin tức mới nhất, ưu đãi và thông báo đặc biệt.

Hầu hết các bài viết được ưa thích

Hiểu về bệnh viêm phổi COVID-19 đe dọa tính mạng

Nguyên nhân gây ra các triệu chứng COVID-19 nghiêm trọng? Các bằng chứng cho thấy lỗi bẩm sinh ...

Lo lắng: Bột trà matcha và chiết xuất cho thấy hứa hẹn

Các nhà khoa học lần đầu tiên chứng minh tác dụng của ...

Tổ tiên Di truyền và Hậu duệ của Nền văn minh Thung lũng Indus

Nền văn minh Harappan không phải là sự kết hợp của ...
- Quảng cáo -
94,555Người hâm mộNhư
47,688Người theo dõiTheo
1,772Người theo dõiTheo
30Thuê baoTheo dõi