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欧核中心证明质子与反质子为真正镜像

  • 发布时间:2015-08-15 01:30:38  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  科技日报北京8月14日电 (记者华凌)最近,欧洲核子研究中心(CERN)一支由日本理化研究所领导的研究团队,在对粒子物理学中标准模型的一个基本特性——CPT不变性进行测试时,对质子及其反物质——反质子的荷质比做了迄今为止最精确的测量,证明质子和反质子表现出严格的镜像。

  在现代物理学中,对称性规律具有核心地位。作为标准模型的一个基本对称特性,CPT不变性意味着当三种基本属性反转,即正反粒子反演(C)、空间反演(P)以及时间反演(T)时,系统保持不变。这是标准模型的一个核心原则,暗示着反物质粒子必须是物质的完美镜像,只是其电荷相反。

  据物理学家组织网近日报道,欧核中心的这一研究团队负责人斯特凡·乌尔姆说:“这是一个重要的问题,帮助解释了为何宇宙大爆炸后尽管一定会产生物质和反物质,我们却感到生活在一个没有反物质的宇宙中。如果发现有违反了CPT的现象,则意味着物质和反物质可能具有不同的特性,例如,反质子也许比质子衰变的速度快。但是研究发现,在相当严格的限制中,它们的荷质比是相同的。”

  该研究团队使用了CERN的反质子减速器,从中得到了反质子和负氢离子(作为质子的代替物),然后在磁性潘宁阱中困住反质子—负氢离子对,将其能量降至超低。随后研究人员测量了这对物质的回旋频率,确定它们的荷质比,并比较了二者的相似性。在超过35天的时间里,研究人员共测量了约6500对反质子—负氢离子。

  乌尔姆说:“我们发现它们的荷质比是相同的,误差不超过万亿分之69。”与之前对质子—反质子对的测量手段相比,这次测量的能量分辨率要高4倍,进一步制约了CPT不变性违规的可能性。

  这一研究对已知的弱等效原理也有影响,该原理认为所有粒子,不论其质量和电荷怎样,都将会以相同方式受重力影响。该团队根据新发现计算,在百万分之一误差范围内,重力对物质与反物质的作用是一致的。

  该项研究成员之一的克里斯汀·斯莫拉说:“我们有诸多理由相信,存在着一些超越标准模型的物理现象,包括神秘的暗物质和物质、反物质之间的不平衡。这些高精度的测量提出了新的重要约束条件,有助于我们决定未来研究的方向。”

  该研究成果发表在最新一期的《自然》上。

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