在探索宇宙奥秘的征途中,欧洲核子研究中心(CERN)的一项突破性发现再次震撼了科学界。科学家们利用爱丽丝(ALICE)探测器,成功复制了宇宙大爆炸初期的极端条件,试图解开物质为何能战胜反物质的千古谜团。
这次,他们不仅再次证明了大型强子对撞机(LHC)作为最强粒子加速器的地位,还探测到了迄今为止最重的反物质粒子——反超氦-4的迹象。这一发现,如同一把钥匙,打开了通往宇宙诞生初期秘密的大门。
反物质粒子,作为常规物质的镜像,它们的存在一直是物理学中的一大谜团。特别是当科学家们发现,尽管物质和反物质在宇宙之初是等量产生的,但最终物质却主宰了宇宙。这种物质与反物质的不对称现象,被称为“物质-反物质不对称”,它一直困扰着科学界。
LHC,这个位于瑞士日内瓦附近阿尔卑斯山脉下的环形加速器,以其长达17英里(27公里)的轨道和惊人的能量,成为了科学家们探索宇宙奥秘的利器。它不仅发现了希格斯玻色子,这个赋予其他粒子质量的“信使”,还通过模拟宇宙大爆炸后的环境,产生了夸克-胶子等离子体,这种物质状态与宇宙大爆炸后百万分之一秒左右的“原始汤”惊人地相似。
在LHC的9个实验中,ALICE合作项目独树一帜,通过撞击更重的粒子(如铅核)来产生夸克-胶子等离子体。这种碰撞不仅产生了奇异的“超核”和它们的反物质伙伴,还让科学家们得以窥见早期宇宙的真实面貌。
超核,这些包含质子和中子以及不稳定“超子”的原子核,一直以其神秘性吸引着科学家们的目光。超子,由被称为“夸克”的基本粒子组成,与质子和中子不同,它们包含一个或多个“奇异夸克”。虽然超核最早是在宇宙射线中被发现的,但它们在自然界中极为罕见,且在实验室中难以创造和研究。
然而,ALICE探测器却首次发现了超核的反物质对应物——反超氦-4。这一发现,不仅证明了反物质粒子的存在,还为科学家们提供了研究物质与反物质不对称现象的新线索。反超氦-4,由两个反质子、一个反中子和一个反超子组成,它的特征是通过衰变为其他粒子并被探测器捕捉到的。
ALICE的科学家们利用先进的机器学习技术,从海量的数据中提取出了反超氦-4的特征。这种技术比传统的搜索方法更为高效和准确,使得科学家们能够更快地找到这些稀有粒子的踪迹。他们还确定了反超氦-4和反超氢-4的质量,这些质量与当前的粒子物理理论高度吻合。
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除了发现这些反物质粒子外,ALICE团队还确定了在铅与铅碰撞中产生的这些粒子的数量。他们发现,在LHC能够达到的能量水平上,夸克-胶子等离子体产生的反物质和物质的数量是相等的。这一发现,虽然未能直接解释宇宙中物质与反物质的不对称现象,但为科学家们提供了宝贵的实验数据和新的研究方向。
尽管宇宙中物质与反物质失衡的原因仍然是个谜,但反超氦-4和反超氢-4的发现无疑为解开这个谜团提供了重要的线索。随着科学研究的不断深入和技术的不断进步,相信科学家们终将揭开宇宙诞生初期的神秘面纱。