物理学家说,反物质可以很容易地穿过我们的星系

flyaway 2022-12-17 13:15:06

一组物理学家确定,神秘的“反核”可以穿越宇宙而不被星际介质吸收。这一发现表明,我们可能能够识别出深空暗物质产生的反物质。

物理学家们估计了银河系对反氦-3原子核的所谓透明性,这意味着银河系的星际介质对在太空中穿梭的反氦原子核有多么宽容。

ALICE物理协调员Andrea Dainese在CERN发布的一份报告中表示:“我们的结果首次表明,基于直接吸收测量,来自银河系中心的反氦-3核可以到达近地位置。”。

反物质不仅仅是科幻小说的素材。它是普通物质的真实、自然的镜子。反物质粒子的质量与普通粒子相同,但电荷相反。当电子带负电荷时,其反物质类似物正电子带正电荷。质子的反物质伙伴更简单地称为反质子。

这一原理可以扩展到原子层面:每个原子都有一个核——一个由质子和中子组成的核,但也有由反质子和反中子组成的反核。我们知道这些存在是因为它们是在1965年的一次实验中发现的,当时物理学家在实验室中观察到了反氘(氘原子的反物质版本)。

140亿年前,宇宙发生了大爆炸,理论上应该产生等量的物质和反物质。但看看你的周围,或者看看韦伯望远镜的最新图像:我们生活在一个由物质主宰的宇宙中。物理学中一个突出的问题是所有反物质都发生了什么。

最近,一个由物理学家组成的大型国际合作团队与欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机的ALICE探测器合作,试图在法国圣吉尼斯·波伊附近的地面下更进一步地发现神秘的东西。

ALICE(大型离子对撞机实验)是一个11000吨重的探测器,用于研究重离子和其他粒子之间的碰撞,这使物理学家能够探测宇宙中一些最小、原始和最奇异的质量。

在最近的实验中,ALICE合作组织试图测量当遇到普通物质时,反氦-3核(氦的反物质对应物的同位素)消失的速度。

艺术家对ALICE(左)和银河系(右)的构想。

该研究的共同作者、慕尼黑理工大学物理学家、ALICE合作组织成员劳拉·谢尔克什·尼特在给Gizmodo的一封电子邮件中表示,这项研究与其说是关于反物质粒子能行进的惊人距离,不如说是“产生的反氦-3有多少能到达探测器”。

换言之,该团队的研究是一个有用的指标,表明宇宙反核探测器,如国际空间站上的AMS实验和即将在南极洲进行的GAPS气球实验,将有机会找到令人烦恼的粒子。

宇宙中有几种天然抗核源的候选者;一种是高能宇宙射线与星际介质中原子的碰撞,星际介质是占据恒星之间空间的物质。另一个候选——这项最新研究的核心组成部分——是一种被称为WIMP(弱相互作用大质量粒子)的理论化暗物质粒子在湮灭时会发射出反核。

第三个更奇特的想法是,反核是由反恒星发出的,这是一个理论上的物体,你猜它是完全由反物质组成的恒星。

与暗物质湮灭事件产生的反核相比,来自宇宙射线与规则物质相互作用的反核具有更高的能量。宇宙光反核(“宇宙光”指的是它们漂浮在太空中,“光”指它们的质量)从未被证实过。在野外没有探测到这种反物质粒子的情况下,物理学家最好的选择是像LHC这样的加速器。

ALICE协作分别模拟了银河系对暗物质WIMP和宇宙射线碰撞产生的反核的透明度。他们发现暗物质模型的透明度为50%,宇宙射线模型的透明度范围为25%至90%。

根据他们的测量,反氦-3原子核可以在不被星际介质中的普通物质吸收的情况下使其达到几千秒差距(数千光年)。

“论文的想法是展示这种透明度,以及我们现在可以在未来的所有研究中使用我们的测量结果的事实,”舍尔克什·涅特说道。

这些透明度表明,“这些反核物质实际上是可以测量的,”舍尔克什涅特补充道,并指出,通过这些测量,未来的研究团队可以解释来自光反核物质搜索的数据,进而为暗物质的搜索提供信息。

因此,这一发现为国际空间站上的AMS和GAPS气球任务等反物质核探测器带来了回报。到目前为止,AMS已经收集了2130亿次宇宙射线事件的数据,并统计了一批又一批的数据,以筛选出反物质的迹象。该实验的第二次迭代在宇宙射线中检测到一些候选的抗氦元素。预计将于2023年底飞行的GAPS的结果可以独立地证实AMS的抗组胺检测。

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