引力波可能是回答為什么大爆炸后留下更多物質(zhì)的關(guān)鍵

物理評(píng)論快報(bào)》上的一項(xiàng)新研究報(bào)告稱，一組理論研究人員發(fā)現(xiàn)有可能在引力波中探測(cè)到 Q 球，他們的探測(cè)將回答為什么大爆炸后留下的物質(zhì)比反物質(zhì)還多。

人類存在的原因是因?yàn)樵谟钪娲嬖诘牡谝幻氲哪硞€(gè)時(shí)間，不知何故產(chǎn)生了比反物質(zhì)更多的物質(zhì)。這種不對(duì)稱性非常小，以至于每產(chǎn)生 100 億個(gè)反物質(zhì)粒子，只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)額外的物質(zhì)粒子。問題是，即使這種不對(duì)稱性很小，當(dāng)前的物理學(xué)理論也無法解釋它。事實(shí)上，標(biāo)準(zhǔn)理論認(rèn)為物質(zhì)和反物質(zhì)的產(chǎn)生量應(yīng)該完全相等，但是人類、地球和宇宙中其他一切事物的存在證明一定還有更多未被發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)。

目前，研究人員普遍認(rèn)為這種不對(duì)稱性是在暴脹之后產(chǎn)生的，暴脹是早期宇宙非?？焖倥蛎浀臅r(shí)期。一團(tuán)場(chǎng)可能已經(jīng)延伸到地平線，以正確的方式演化和分裂，以產(chǎn)生這種不對(duì)稱性。

但是，即使使用世界上最大的粒子加速器，直接測(cè)試這種范式也很困難，因?yàn)樗婕暗哪芰勘热祟愒诘厍蛏纤墚a(chǎn)生的能量高出數(shù)十億到數(shù)萬億倍。

現(xiàn)在，和美國(guó)的一組研究人員，包括 Kavli 宇宙物理和數(shù)學(xué)研究所項(xiàng)目研究員 Graham White 和訪問高級(jí)科學(xué)家，同時(shí)也是加州大學(xué)洛杉磯分校物理和天文學(xué)教授的 Alexander Kusenko，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)通過使用稱為 Q 球的場(chǎng) blob 來測(cè)試此提議的新方法。

Kavli IPMU 的主要作者和項(xiàng)目研究員 Graham White 解釋說，Q 球的性質(zhì)有點(diǎn)難以理解，但它們是像希格斯玻色子一樣的玻色子。

“當(dāng)希格斯場(chǎng)被激發(fā)時(shí)，希格斯粒子存在。但希格斯場(chǎng)可以做其他事情，比如形成一個(gè)團(tuán)塊。如果你有一個(gè)非常像希格斯場(chǎng)但它有某種電荷 - 而不是電荷的場(chǎng), 但某種電荷 - 那么一個(gè)團(tuán)塊作為一個(gè)粒子的電荷。既然電荷不能就這樣消失，場(chǎng)必須決定是粒子還是團(tuán)塊。如果團(tuán)塊的能量比粒子低，然后場(chǎng)地就會(huì)這樣做。一堆塊凝結(jié)在一起會(huì)形成一個(gè) Q 球。”

“我們認(rèn)為，這些被稱為 Q 球的場(chǎng)團(tuán)通常會(huì)存在一段時(shí)間。隨著宇宙膨脹，這些 Q 球比背景輻射湯稀釋得更慢，直到最終宇宙中的大部分能量都在這些團(tuán)塊中。與此同時(shí)，當(dāng)這些團(tuán)塊占主導(dǎo)地位時(shí)，輻射湯的密度的輕微波動(dòng)開始增長(zhǎng)。當(dāng) Q 球衰變時(shí)，它們的衰變是如此突然和迅速，以至于等離子體中的波動(dòng)變成了劇烈的聲波，從而在空間和時(shí)間上產(chǎn)生了壯觀的漣漪，稱為引力波，可以在未來幾十年內(nèi)被探測(cè)到。尋找引力波的美妙之處在于，從一開始，宇宙對(duì)引力波都是完全透明的，”懷特說。

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