宇宙5种神秘粒子:飘忽不定的变色龙粒子

美国趣味科学网站为我们列出了宇宙间可能潜藏的这5种神秘粒子,科学家们希望大型强子对撞机和未来的大型设备能够发现宇宙中潜藏着的一些新粒子,从而跳出标准模型的窠臼,让我们对宇宙有更多更深刻的了解。

美国趣味科学网站为我们列出了宇宙间可能潜藏的这5种神秘粒子,科学家们希望大型强子对撞机和未来的大型设备能够发现宇宙中潜藏着的一些新粒子,从而跳出标准模型的窠臼,让我们对宇宙有更多更深刻的了解。

  1.超胶子、W微子和超光子

  如果“超对称性”理论是正确的,那么,可能有超过一打粒子“养在深闺人未识”,等着我们去发现,因为该理论认为,迄今为止科学家们已经发现的每个粒子都拥有一个与其对应的隐藏着的质量更大的超级“伙伴”粒子。

  标准模型认为,存在着两类基本粒子:玻色子和费米子。玻色子是粒子间相互作用力的使者,传递这种相互作用力,包括胶子和引力子等;而费米子是组成物质的基本载体,包括夸克子、电子和“幽灵般”的中微子等。

  根据超对称性理论,每种费米子都同一种玻色子配对,反之亦然。因此,胶子会有超胶子、W粒子会有超W粒子、光子会有超光子分别来与之配对;依此类推,希格斯粒子会有一个名为“超希格斯粒子”的粒子来与之配对。

  理论总是很美好,然而,不幸的是,对超对称性理论的拥趸来说,迄今为止,LHC还没有发现任何上述神秘粒子的“蛛丝马迹”。美国哥伦比亚大学的数学物理学家彼得·沃特就曾经指出,这或许表明,这些粒子很可能只是传说,或许根本就不存在,超对称性理论可能存在错误。

  超对称性理论的另一个缺陷在于,大约存在着105个“自由参数”,这意味着物理学家们并没有很好地限定新发现粒子的尺寸和能量范围,所以,他们对于在何处以及如何找到这些粒子自然也是一头雾水。

  2.超中微子

  超对称性理论也认为,名为“超中微子(neutralinos)”的不带电的特殊粒子可以解释占据宇宙大部分物质密度的暗物质。暗物质无法直接观测得到,只能通过其对物质的引力拉动作用来探测。美国印第安纳大学的物理学家波林·盖格诺表示,在超对称性理论中,除了超胶子之外,其他携带力的粒子混合在一起可能会制造出超中微子。

  科学家们表示,超中微子可能在早期炙热的宇宙中形成,而且,为我们留下了足够多的线索来解释暗物质的存在。

  伽马射线和中微子望远镜将在宇宙间充满了暗物质的地方(诸如太阳或星系核心)搜寻这种神秘粒子的“芳踪”。实际上,2013年,物理学家们做出了一个重大的发现:国际空间站的一个粒子收集器或许已经发现了暗物质的证据,但科学家们没有公布细节。

  3.引力子

  引力子和引力波的物理特性让晚年时期的爱因斯坦困惑不已,不仅如此,它也成为很多物理学家们心头的“一根刺”。爱因斯坦和物理学家们一直在孜孜不倦地为自然界中的物质和力创造一种“大一统理论”,其既能揭示微观世界中力的作用规律;也能阐释宏观世界中力的活动定律。不过,这种“统一梦”一直没有照进现实。爱因斯坦的相对论很好地解释了引力,却难以解释量子粒子的行为;而粒子物理学很好地揭示了粒子的行为,却无法有效地对引力作出解释。

  因此,有些物理学家提出用名为“引力子(gravitons)”的量子引力粒子来解决这个问题。引力子很小,没有质量,主要作用是释放出引力波。从理论上而言,每个引力子会对宇宙中的物质施加拉力,但因为这种粒子与物质间的相互作用力非常微弱,所以,使用目前的技术不可能直接探测到这种隐藏粒子的踪迹,不过,使用诸如美国加州理工学院和麻省理工学院联合进行的激光干涉引力波观测站(LIGO)这样的工具能间接揭示引力子的存在。

 4.非粒子

  2013年,科学家们发现了一种奇异粒子的蛛丝马迹,他们将这种“翩若惊鸿,婉若游龙”的诡异粒子称为“非粒子(unparticle)”。这种粒子能携带自然界中除了万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力之外的“第五种力”,也就是远距离范围内两个自旋粒子之间的相互作用。在小尺度上,自旋粒子之间的相互作用非常普遍,正是这种相互作用让磁铁和金属内电子的自旋方向成一条直线。然而,自旋粒子之间更长距离的相互作用则非常难以捕捉。如果这种力确实存在,它将仅为电子和中子之间相互作用的百万分之一。

  物理学家们正在深入地幔内部搜索这种非粒子,在地幔深处,数吨电子紧密地簇拥在一起,与地球的磁场成一条直线,这种现象出现任何微小的扰动都可能揭示非粒子的迹象。

  5.“变色龙”粒子

  物理学家们也提出一种更飘忽不定的粒子:变色龙粒子,其质量可能会不断发生变化。如果这种粒子确实存在,那么,它或许会成为打开暗物质和暗能量之迷宫的“钥匙”。

  2004年,物理学家们描述了一种假象中的力,其能随周围环境而发生变化:在那些粒子紧密簇拥在一起的地方,比如地球或太阳上,这种变色龙粒子仅仅施加弱作用力;而在那些粒子比较松散的地方,其会施加强作用力。这或许意味着,在早期宇宙物质分布致密的环境中,它以微弱的形象出现;后来随着时间的推移,星系从宇宙中心慢慢向外扩展,其变得越来越强大。

  为了找到这种“来无影、去无踪”的力,物理学家们需要发现变色龙粒子存在的证据。迄今为止,这种搜寻工作仍然一无所获,但科学家们并不死心,相关实验仍在有条不紊地进行着。