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

物理評論快報》上的一項新研究報告稱，一組理論研究人員發(fā)現(xiàn)有可能在引力波中探測到 Q 球，他們的探測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為在宇宙存在的第一秒的某個時間，不知何故產(chǎn)生了比反物質(zhì)更多的物質(zhì)。這種不對稱性非常小，以至于每產(chǎn)生 100 億個反物質(zhì)粒子，只會產(chǎn)生一個額外的物質(zhì)粒子。問題是，即使這種不對稱性很小，當(dāng)前的物理學(xué)理論也無法解釋它。事實上，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期。一團場可能已經(jīng)延伸到地平線，以正確的方式演化和分裂，以產(chǎn)生這種不對稱性。

但是，即使使用世界上最大的粒子加速器，直接測試這種范式也很困難，因為所涉及的能量比人類在地球上所能產(chǎn)生的能量高出數(shù)十億到數(shù)萬億倍。

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

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

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

“我們認(rèn)為，這些被稱為 Q 球的場團通常會存在一段時間。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塊中。與此同時，當(dāng)這些團塊占主導(dǎo)地位時，輻射湯的密度的輕微波動開始增長。當(dāng) Q 球衰變時，它們的衰變是如此突然和迅速，以至于等離子體中的波動變成了劇烈的聲波，從而在空間和時間上產(chǎn)生了壯觀的漣漪，稱為引力波，可以在未來幾十年內(nèi)被探測到。尋找引力波的美妙之處在于，從一開始，宇宙對引力波都是完全透明的，”懷特說。

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