未解之谜与nba官方买球app：之最，猎奇文章
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物质和反物质的性质存在微小的不同。物理学家正在亚原子层面上寻觅这一现象的原因。
物理学家以为，这是由于正反物质并非完全对称所导致的，但却不能解说正物质的巨大优势。研讨者希望，对介子这种由正反两种夸克组成的粒子的研讨，能找出损坏平衡的额定力量。
咱们所在的nba官方买球app：，物质和反物质显着不平衡，这是当今物理学的一大难题。现在看来，nba官方买球app：中并不存在由反物质组成的行星、恒星或星系，至少咱们没有发现任何相关的痕迹。可是在nba官方买球app：的前期阶段，正反两种物质应该是等量存在的。在那时，高能辐射不断创造出许多粒子反粒子对，两者仅有电荷不同，之后它们又彼此碰撞，一同湮灭。到了今天，在nba官方买球app：现已充分冷却之后，每10亿个辐射粒子只留下了1个物质粒子。这点小小的盈利满足创造出咱们的物质国际，可是，那些反粒子去哪了？
1967年，俄罗斯物理学家安德烈·扎哈罗夫（Andrei Sacharow）提出，物质之所以在数量上占据了优势，原因是物质粒子和反物质粒子之间存在细微差别。两者之间必定存在这样或那样的不同，而不是完全对称——科学家把这种现象称为对称性破缺。
对称性在物理学中起着重要作用。咱们日常都会体验到的一种对称是空间镜像对称：当咱们从镜子里调查nba官方买球app：时，乍看上去镜nba体彩怎么买：际和本来的国际一模相同。但假如仔细看，咱们会发现，右撇子在镜子里成了左撇子，右旋螺丝变成了左旋螺丝。
这相同适用于微观nba官方买球app：中的粒子及其彼此作用。构成物质的粒子都具有自旋，即内涵的旋转性质。依据自旋是指向运动方向仍是背离运动方向，科学家把粒子分为“右手征”和“左手征”。左手征粒子的镜像是右手征的，就像右旋螺丝经空间反射变换后成了左旋螺丝相同。
可是，早在20世纪50年代，科学家就发现在放射性β衰变中只会产生左手征粒子或相应的右手征反粒子。经过β衰变产生的中微子乃至满是左手征的，对应的反粒子则总是右手征粒子。由于没有右手征中微子的存在，所以左手征中微子不存在空间镜像。所以物理学家提出，在自然界中，这种名为宇称（P）的镜像对称是破缺的。
除了空间对称以外，还存在与电荷等内涵属性有关的对称。科学家把粒子与反粒子之间的对称叫作电荷镜像对称，或电荷共轭对称。这种对称性在中微子身上也被打破了。现在为止没有调查到左手征反中微子的存在，所以左手征中微子也没有对应的电荷镜像。
那么，或许粒子和反粒子之间的对称并非单纯的电荷共轭对称，而是将空间镜像（P）和电荷镜像（C）组合起来的联合对称？在这个“CP镜子”中，左手征中微子变成了右手征反中微子——正如咱们在自然界中所调查到的那样。物理学家希望，至少在理论上，CP镜子能将物质国际完美转换成适用相同物理定律的反物质版别。若果真如此，咱们所在的国际是带正电的质子、带负电的电子组成的物质国际，仍是由带有相反电荷的反粒子组成的反物质国际，就只是叫法不同罢了了。
夸克和轻子（包括电子和中微子）是物质的根本组成部分，它们都有与之对应的带有相反电荷的反粒子。这些带有分数电荷的夸克在自然界傍边都是彼此结合在一同的。比如每个质子和中子都是由三个上夸克和下夸克组成。这些三个夸克组成的粒子被称为重子。别的，咱们也调查到了夸克和反夸克组合而成的粒子，即所谓的介子。
可是，研讨人员在1964年对中性粒子K介子进行的试验，粉碎了粒子-反粒子完美对称的希望。他们调查到，K介子的衰变行为与其反粒子并不相同。领导该研讨的两位科学家詹姆斯·克罗宁（James Cronin）和瓦尔·菲奇（Val Fitch）凭仗这一发现于1980年获得了诺贝尔奖。
由于这种对称性破缺，粒子国际现在能够清晰地与反粒子国际区别开来。关于咱们国际的演化，这种CP损坏发挥了关键作用，它有或许解说为何物质占据了主导地位。
寻觅对称破缺
这样看来，好像一切都说的通了——但前提是试验室中测出的对称破缺强度足以形成nba官方买球app：中正反物质的不平衡。经过许多的K介子和B介子丈量试验，咱们发现现实并非如此。在微观nba官方买球app：的某个当地，或许还存在其他违反CP对称的全新物理进程和现象。现在，借助高精度试验，科学家现已察觉到了一些蛛丝马迹。
介子是研讨粒子与反粒子不对称性的良好对象，由于介子是由一个夸克和一个反夸克组成的——可算作是物质和反物质的混合体系。此外介子不稳定，会在很短的时间内衰变。其中的一个夸克会改变成新的夸克。原子核产生放射性衰变时，由三个夸克组成的中子也会经历相似的进程。为了描绘这种衰变进程，物理学家借助了所谓的费曼图。这种图表最初是为了更简练直观地标明核算规则而发明的。不同夸克的彼此转化是根本作用力弱彼此作用的标志性效果。在这一进程中，经过带正电或负电、担任传递弱彼此作用的W玻色子，带有2/3正电荷的上夸克、粲夸克和顶夸克能够改变为带有1/3负电荷的下夸克、奇特夸克和底夸克，反之亦然。
夸克经过弱彼此作用转化为另一种夸克，会导致一些杂乱的物理进程。例如，由奇特夸克和反底夸克组成的Bs介子能改变成反粒子，在极短时间内后者又会变回Bs介子。整个体系会在粒子和反粒子之间不断振动。在全国际最大的粒子加速器、欧洲核子研讨中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）上，有一个名为LHCb的试验设备在追寻这类特别进程。
风趣的是，在正反粒子的中间态里出现了顶夸克，这种夸克的质量要比原始Bs介子高许多倍。乍眼看去，这好像并不或许——产生它们的能量从何而来？答案来自于量子力学，依据海森堡不确认性原理，在极短的时间内，能量守恒定律能够暂时被打破。这些粒子处于虚拟的过渡态，它们会显着影响振动频率，因而科学家能够经过准确丈量振动频率，来验证过渡态的理论假设是否正确。相同，科学家还能从中寻觅不知道新粒子发挥作用的痕迹，即便那些粒子质量极大。
到现在为止，把差错考虑进去的话，理论核算的成果和丈量值能够说是一致的。不幸的是，即便借助核算机，对振动频率进行实际核算也是困难重重，只能得到近似值。因而，理论核算成果的不确认性现在还远远大于丈量差错。
量子效应不但能导致粒子在正反状态振动，也能打破粒子和反粒子的对称。另一种名为B0的B介子特别合适用来研讨此类现象，由于据许多理论物理学家的猜测，这一类粒子在衰变时更容易遭到对称性破缺的影响。与之前描绘过的粒子反粒子振动相似，咱们能够经过介子的衰变来丈量CP损坏，这种介子能够衰变为一个带正电的K介子（由上夸克和反奇特夸克组成）和一个带负电的π介子（由下夸克和反上夸克组成）。成果十分显着：产生衰变的B0介子数量显着大于介子的数量，切当地说，多了8%。关于更为稀有的Bs介子来讲，正反粒子的差异乃至更为显着，丈量显现，衰变为K介子的Bs介子比其反粒子要多出近27%。
不知道的物理机制
经过许多的B介子衰变，咱们现已能十分准确地测出CP损坏的强度。LHCb的物理学家在此前斯坦福大学BaBar试验和日本筑波大学Belle试验的基础上，规划了一系列准确的测验试验。不过，这次他们为大多数丈量拟定了新的准确度规范。与中性B介子粒子-反粒子振动有所不同的是，衰变进程中观测到的许多不对称性能够在理论上准确地核算出来。因而，丈量成为了一种更有用的东西，可在衰变的量子修正中搜寻新粒子。一起它们也能帮咱们找出或许导致粒子和反粒子不对称的新机制。研讨人员也希望能从中间接得出答案，解说咱们国际的物质为何不对称。
到现在为止，粒子物理规范模型对根本粒子国际相关现象的描绘是十分成功的。在这一理论中，只要在弱彼此作用进程中才会出现CP损坏。各种夸克改变进程，例如上夸克改变为下夸克、上夸克改变为底夸克，是严密关联的——这些改变的概率存在固定联系，这种联系能够用幺正三角形来标明，其面积标明的便是观测到的CP损坏强度。两位日本理论物理学家小林诚（Makoto Kobayashi）和益川敏英（Toshihide Maskawa）凭仗对这些现象的描绘获得了2008年诺贝尔物理学奖。三角形的角度和边长无法核算，只能经过试验确认。把三角形的底设为单位长度1，测出别的两个参数，就能确认整个三角形。
经过B0介子衰变为K介子和J /ψ介子（B0→J/ψ Ks）时的CP损坏强度测出三角形的β角，再依据B介子振动频率得出侧边长，就得到了现在此三角形的最佳丈量成果。其他每种夸克改变也必须能用三角形的参数描绘，而三角形的任何不自洽之处，或许都标志着某种规范模型之外的粒子或作用力。因而，LHCb的物理学家正经过多种不同办法丈量三角形参数，找寻或许存在的偏差。
经过几何核算，能够得出此三角形的另一个角γ是65度。这一成果的不确认性很低，大概是2%~3%。不过，与此一起，这一角度也能够借助B±→D0K±等衰变反响中的CP损坏强度完全独立地丈量出来。当然，这些进程十分稀有，因而γ角的丈量成果到现在为止都很不准确。LHCb的研讨人员经过记载许多的B介子，能将差错下降到大约5度。现在，试验丈量出的成果是73.5度，虽然比几何办法核算出的成果要高，但在统计学上仍然是相符的。下一步要确认的是，随着丈量精度的进步，这种差异是会消失掉，仍是会变得越来越显着。
到现在为止，规范模型好像仍能正确描绘粒子物理的这一范畴。鉴于B介子相关物理进程中粒子和反粒子的不对称性丈量相对繁琐，原理也十分杂乱，得出这样的成果虽不算惊人，但也相当可观。可是，前面γ角核算那个比如标明，现在要给出清晰的定论还为时尚早。任何不知道粒子给量子效应和CP损坏带来的影响都或许十分小，从而隐藏在仍然很大的不确认性背后。虽然物理学家在重子衰变中没有发现CP损坏的清晰依据，但LHCb的研讨者初次发现了与之相关的头绪。
所谓的λ重子（即Λb，含有底夸克、上夸克和下夸克）会衰变成一个质子和三个带电荷的π介子。相应的反λ重子则衰变成反质子和三个带电荷的π介子。这类衰变十分稀有，假如不是由于LHCb试验反响速率快，反响量大，真的很难发现这种现象。初次丈量显现，λ和反λ重子的衰变之间存在微小差异。可是，由于这类丈量差错很大，所以物理学家甘愿暂时将他们的调查成果称为有力的头绪。可是，假如更多的数据证明重子衰变中确实存在CP损坏，那么或许这种现象实际上也存在于此前的各类粒子体系傍边。这将为咱们打开一扇新的大门，有助于咱们更好地了解自然界的根本作用力和粒子。
在B0介子衰变为K介子和π介子进程中，能够看出正反B0介子的行为存在差异：产生 B0→K+π–衰变（图a）的B0介子数量要远远大于产生 →K-π+衰变（图b）的介子。
除重子外，现在还有别的一类粒子也很难被准确丈量：那便是中性D介子。这种粒子的独特之处在于，它是唯一一种拥有三分之二电荷夸克（即上夸克和粲夸克）的中性介子。虽然中性D介子是在B介子之前被发现的，可是直到2013年，科学家才经过LHCb试验清晰无误地证明它也存在混合，或者说振动现象，也便是介子和本身的反粒子能彼此改变。之所以很难调查到中性D介子的振动，是由于它的振动频率过慢。在经历满足长期，得以转化为反粒子之前，大多数粒子现已衰变了。因而，首选需求许多的D介子，只要这样才能有一些十分长寿的粒子终究经历正反粒子的转化，并让物理学家调查到。在D介子身上，粒子-反粒子不对称更是难以调查到，由于依据理论预言，这个数值十分小。
虽然现在在LHCb上进行的对称性测验最高精度能到达0.1‰，可是收集到的数据还远远不足以调查到预期的不对称性。不过，由于这种不对称性很小，需求极为准确的丈量，所以一些意想不到的效应或许相对来说很强，能够显着影响丈量成果。因而，咱们仍是能够期盼有惊喜出现的。
在丈量成果的不确认性相当大的情况下，新的物理现象有时会被掩盖住，比如说，被当成大质量的不知道粒子带来的效应。LHCb的科学家计划在2030年前将数据集扩大十倍，一起还要优化探测器以能习惯更大的数据传输率，这样就能显着下降丈量中的不确认性。LHCb将帮助咱们进一步理解夸克物理中的粒子-反粒子对称性破缺。假如真的存在不知道的新效应，LHCb应该能够发现它们。此外，物理学家也在经过其他试验研讨中微子或许存在的CP损坏。或许，前期nba官方买球app：中真的还存在一些咱们此前不知道的粒子或CP损坏机制，由于很显着，咱们现在在介子试验中所调查到的CP损坏强度，并不足以解说为何nba官方买球app：中物质是过剩的。必定还有一些不知道的东西做出了奉献，而它们必定会在粒子nba官方买球app：中留下蛛丝马迹。咱们需要做的，便是去找到它们。
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