反物質比物質少：是“上帝粒子”干的嗎？

新浪科技訊 北京時間19日消息，據物理學家組織網站報導，已經有幾項實驗——包括在美國能源部下屬斯坦福直線性加速器中心(SLAC)進行的BaBar實驗，或將幫助我們部分解釋——但非完全解釋我們宇宙之中存在的物質與反物質之間的不平衡現象。而最近，一名SLAC的理論物理學家和他的同事們提出了一項可能的方法，可以用於檢驗在這一奇怪的物質-反物質失衡中是否有希格斯-玻色子的參與。

在一篇發表於《物理評論》雜誌上的論文中，這個研究小組指出，歐洲核子中心(CERN)的大型強子對撞機(LHC)是發現希格斯粒子的地方。他們建議當2015年LHC設備重新開始運行時，應當對希格斯粒子的一種特定衰變現象進行搜尋。這種衰變現象的一些細節將可以告訴他們在宇宙中的物質-反物質失衡中，這種“上帝粒子”是否發揮了作用。

馬特·多蘭(Matt Dolan)是SLAC粒子理論組助理研究員，也是這篇論文的合著者之一。他表示：“開展這項搜尋工作的時機是成熟的。當LHC進入全速運行狀態時，我們就准備好了。”

為何宇宙中的物質數量要比反物質的數量更多，這個問題是困擾粒子物理學家和宇宙學家的最大難題之一，它直接與我們自身的存在相關。在大爆炸之后，隨宇宙逐漸冷卻到允許物質生，大部分當時生的物質-反物質對都在湮滅反應中消失了。然而物質的量卻不知為何比反物質的量更多一些——我們今天所見的所有一切物質世界——恆星，行星，星系，以及我們自身——都是這小小的不平衡的物。

最新被發現的希格斯玻色子與質量以及物質都直接相關。因此想要搞清楚這種神秘粒子與物質-反物質失衡之謎中是否起到了作用看起來也是非常符合邏輯的一步。

這篇論文的理論基礎是所謂CP破壞——即“電荷宇稱性破壞”，在SLAC開展的BaBar實驗中也涉及同樣的原理。CP破壞意味自然對待粒子及其擁有相反電性的鏡像粒子的方式是不同的。

多蘭表示：“利用大型強子對撞機進行CP破壞的檢索是非常困難的。我們才剛剛開始了解希格斯粒子的一些性質，因此我們的實驗必須設計地非常非常精巧，如此我們才有希望弄清楚在不同情形下希格斯粒子的行為方式。”

首先，研究人員需要確認希格斯粒子適用於粒子物理學標準模型，這是目前我們對物質，能量以及將它們變為我們的過程的最佳理論解釋。從CP破壞角度考慮，符合標準模型的希格斯粒子被稱作“CP-偶性”，而那些不符合標準模型的希格斯粒子則被歸入“CP-奇性”。而考察希格斯粒子是否涉及CP破壞的一項指標便是觀察其是否為偶性粒子與奇性粒子的混合。

理論物理學家們提出一項實驗，觀察希格斯粒子衰變生兩個τ子，看上去就像是電子的超大號表親，而在最初的質子-質子撞擊反應中的剩餘能量則會以兩道“噴流”的形式發散出去。希格斯粒子的任何“CP-奇性”以及“CP-偶性”混合都能夠從這種噴流的角度差異中進行區分和觀察。

菲利普·哈里斯(Philip Harris)是CERN的一名物理學家，他與來自德國海登堡大學的馬丁·雅克維科(Martin Jankowiak)以及英國杜漢大學的米歇爾·斯潘諾夫斯基(Michael Spannowsky)同是這篇最新論文的合著者之一，他表示：“這是一項備受關注的分析工作。”作為大型強子對撞機CMS實驗設備的項目組成員，哈里斯主要專注於希格斯粒子的τ子衰變，有關這種衰變的證據是直到最近才開始為人們所認識。

他表示：“我希望能在我們的分析結果中加入CP破壞方面的論述，而馬特，馬丁以及米希爾所提出的方案是最有希望能將其實現的。”他同時表示自己非常期待明年全面重並達到全功率運行之后，LHC將會獲得的數據。他：“即便只有幾個月裏獲得的數據，我們就將能夠開始對希格斯粒子以及CP破壞開展真正意義上的研究。”(晨風)