Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một hạt giả thuyết được gọi là axion có thể giải quyết một trong những bí ẩn lớn của vật lý: sự dư thừa của vật chất so với phản vật chất, hoặc tại sao chúng ta lại ở đây.
Một hạt giả thuyết được gọi là axion có thể giải quyết một trong những bí ẩn lớn của vật lý: sự dư thừa của vật chất so với phản vật chất, hoặc tại sao chúng ta lại ở đây.
Theo Mô hình chuẩn của vật lý hạt, khi vũ trụ của chúng ta được sinh ra, sự gặp gỡ của vật chất và phản vật chất nên đã tiêu diệt lẫn nhau. Điều đó có nghĩa là không có gì – không Trái đất, không mặt trời, không thiên hà, không con người – sẽ tồn tại. Nhưng chúng tôi làm.
“Có một mâu thuẫn rõ ràng với Mô hình chuẩn”, nhà nghiên cứu vật lý và sau tiến sĩ của Đại học Michigan nói “Tại sao toàn bộ vũ trụ chứa đầy vật chất, và rất, rất ít phản vật chất?”
Mô hình chuẩn của vật lý hạt giải thích ba lực cơ bản trong vũ trụ: lực điện từ, lực yếu và lực mạnh. Điện từ là lực giữa bất kỳ hạt nào có điện tích. Lực yếu làm cho neutron bị phá vỡ và lực mạnh giải thích tại sao các hạt hạ nguyên tử như neutron và proton giữ lại với nhau.
Nhưng có một vài mâu thuẫn trong Mô hình Chuẩn, một trong số đó là sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất. Mô hình chuẩn cũng không giải thích được sự tồn tại của vật chất tối và cũng không giải thích được tính chất quan sát được của neutron.
Để giải quyết vấn đề neutron, các nhà vật lý năm 1977 đã đề xuất một hạt giả thuyết gọi là axion. Năm năm sau, axion cũng được tìm thấy có khả năng giải quyết vấn đề vật chất tối. Bây giờ, Co và đồng tác giả Keisuke Harigaya, một nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu nâng cao, đang đề xuất rằng trục này có thể giải thích một vấn đề khác: sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất. Nghiên cứu của họ sẽ được công bố trên Tạp chí Vật lý vào ngày 17 tháng 3.
Trục hạt giả thuyết là ánh sáng vô cùng – nhẹ hơn ít nhất hàng tỷ lần so với proton và gần như không tương tác với vật chất bình thường. Điều này giải thích tại sao chúng chưa được phát hiện, ngay cả với thiết bị cho phép chúng ta phát hiện các proton, neutron và electron.
Các tiên đề đầu tiên được đưa ra giả thuyết để giải quyết một mâu thuẫn được gọi là vấn đề CP mạnh. Như bạn có thể đã học trong vật lý trung học, các electron có điện tích âm, các proton có điện tích dương và neutron không có điện tích. Tuy nhiên, neutron được tạo thành từ các hạt cơ bản hơn gọi là quark, có điện tích. Vì vậy, các nhà vật lý mong đợi neutron tương tác với điện trường, Co nói. Nhưng họ không. Nếu trục tồn tại, nó sẽ tắt sự tương tác giữa neutron và điện trường, giải quyết vấn đề CP mạnh.
Trục cũng có thể là một ứng cử viên tốt cho vật chất tối, được sử dụng để giải thích tốc độ quay của các thiên hà, một mâu thuẫn khác của Mô hình Chuẩn. Nếu các thiên hà quay với tốc độ mà chúng hiện đang quay, với lượng trọng lực mà chúng có dựa trên vật chất phát sáng – vật chất chúng ta có thể nhìn thấy vì nó phát ra ánh sáng – chúng sẽ bay ra. Không có đủ lực hấp dẫn để giữ chúng lại với nhau. Các nhà khoa học cho rằng phải có một lượng vật chất khổng lồ – chẳng hạn như một trường trục khổng lồ – trong các thiên hà chúng ta không thể thấy điều đó giải thích tốc độ quay của các thiên hà.
Bây giờ, Co và Harigaya đang đề xuất rằng axion cũng có thể giải thích cho sự mất cân bằng của vật chất và phản vật chất. Trước đây, các nhà vật lý nghĩ rằng trong giai đoạn đầu của vũ trụ, ngay sau Vụ nổ lớn, trường trục ban đầu là tĩnh và bắt đầu dao động khi vũ trụ nguội dần.
“Bạn có thể tưởng tượng axion như một quả bóng trong chai soda nhựa, và quả bóng đang thực hiện một số dao động qua lại xung quanh điểm thấp nhất của chai soda nhựa”, Co nói.
Thay vào đó, các nhà nghiên cứu cho rằng trường axion có động lực thú vị hơn trong giai đoạn đầu này. Hình ảnh chai soda nhựa, Co nói. Trước khi lăn qua lại dọc theo đáy chai, chiếc rìu đã quay theo hình tròn xung quanh thân chai. Co và Harigaya đề xuất rằng thông qua các tương tác được cung cấp bởi lực mạnh và lực yếu, sự quay của trục tạo ra một vật chất nhỏ hơn một chút so với phản vật chất. Khi vật chất và phản vật chất kết hợp với nhau, thay vì hủy diệt hoàn toàn, một trong 10 tỷ phần vật chất còn lại để hình thành thế giới mà chúng ta thấy ngày nay.
“Các tiên đề được đề xuất đầu tiên bởi các nhà vật lý hạt lý thuyết,” Harigaya nói. “Kể từ đó, các nhà vật lý hạt lý thuyết và thực nghiệm, các nhà vật lý thiên văn và vũ trụ học đã cùng nhau nghiên cứu về trục này. Chúng tôi đã tiết lộ một vai trò vũ trụ học mới của trục do xoay vòng. Chúng tôi hy vọng rằng công việc của chúng tôi thúc đẩy hơn nữa nỗ lực nghiên cứu liên ngành.”
“Mọi người luôn muốn biết tại sao chúng ta ở đây và đó là sự bất đối xứng vật chất – phản vật chất – theo nghĩa kỹ thuật,” Co nói. “Và điều thú vị trong công việc của chúng tôi là axion đưa ra lời giải thích đồng thời cho cả ba vấn đề trong vật lý hạt: vật chất tối, sự bất đối xứng phản vật chất và vấn đề CP mạnh. Vì những vấn đề này chưa được nghiên cứu đồng thời trong khung trục này, rất nhiều công việc cần phải được thực hiện trong chủ đề này. Đáng chú ý nhất là khung trục này sẽ được đưa vào thử nghiệm trong tương lai gần. “
Công việc liên quan trong tương lai có thể bao gồm nghiên cứu về sóng hấp dẫn và nguồn gốc của khối neutrino.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Michigan . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :