物质与反物质之间的不平衡有助于说明我们的存在

宇宙由物质组成。至关重要的是我们周围看到的一切。这很奇怪-但是为什么呢？

从理论上讲，还应该有大量的反物质。反物质和物质实际上是相同的，只是在某种程度上相反，带有相反的电荷。但是我们所知道的宇宙部分几乎没有反物质，包括恒星和其他星系。

挪威科学技术大学物理系的Jens Oluf Andersen教授说：“我们之所以在这里，是因为宇宙中存在的物质比反物质还多。”物质与反物质之间的巨大失衡是为什么您和我-以及云杉树木和巧克力蛋糕-存在的原因。

但是我们不明白为什么。

物理学使用标准模型来解释和理解世界之间的联系。标准模型是一种理论，用于描述我们熟悉的所有粒子。它包括夸克，电子，希格斯玻色子粒子以及它们如何相互作用。但是这种标准模型不能解释世界几乎完全由物质组成的事实。因此，必须有一些我们尚不了解的东西。

互相取消

当反物质和物质相遇时，结果便是光，仅此而已。给定相同数量的物质和反物质，一旦反应完成，将一无所有。只要我们不知道为什么还有更多的物质存在，我们也不知道为什么其他任何事物的构成要素也存在。

“这是物理学中最大的未解决问题之一，”安德森说。

我们正在谈论所谓的“重子不对称”问题：一种类型的粒子比另一种类型的粒子更多。重子是亚原子粒子，最著名的是质子和中子。所有重子都有对应的反重子，这在神秘中是罕见的。

比我们知道的更多

物理学的标准模型解释了自然力的几个方面。它解释了原子如何变成分子，并解释了组成原子的粒子。

“物理学的标准模型包括我们所知道的所有粒子。安德森说，最新的希格斯玻色子是2012年在欧洲核子研究中心发现的。有了这一发现，重要的部分就位了。但不是最后一个。

标准模型可以很好地解释我们周围所见事物的大部分。当某些不适合的东西时，这会变得更加烦人。重子不对称性属于这一类。尽管如此，物理学家对为什么还有更多的物质以及为什么我们无可否认地存在存在着自己的理论。

就是这样开始的吗？

“一种理论认为，自大爆炸以来就是这样。”安德森说。换句话说，物质与反物质之间的不平衡是一个基本的前提，它从一开始就或多或少地存在。夸克是大自然中最小的组成部分。相对于反夸克而言，夸克的早期过剩随着较大单位的形成而传播。

但是Andersen不在乎这个解释。“我们仍然对这个想法不满意，因为它并没有告诉我们太多。因此，后续问题变为：从一开始为什么会这样？为什么夸克最初超过反夸克？

“原则上，有可能在物理的标准模型内产生不对称性，即物质和反物质之间的差异。但是我们遇到了两个问题。”

超越标准型号

首先，我们必须回到过去，回到一切开始的大爆炸之后。我们说的是大爆炸之后的10皮秒或10-11秒。

第二个问题是温度必须达到约1万亿开氏度。考虑到太阳的表面只有约5700度，这真是令人难以忍受。无论如何-不适合。

“这行不通。在标准模型中，我们没有足够的问题。” Andersen说。他补充说：“问题在于，希格斯场的期望值的跳跃太小了，”这对那些对物理知识只有很少了解的人来说是有好处的。

我们其余的人只需要为不了解所有事情而安定下来。我们正在谈论什么是“超越标准模型物理学”，即我们所不知道的。“施加限制的可能不仅仅是我们的想象力，而且还存在许多不同的可能性，”安德森说。

因此，这些可能性需要与标准模型一起使用。“我们真正想要的是对标准模型的扩展。合适的东西。”安徒生说。

他和其他物理学家都没有怀疑标准模型是正确的。该模型在CERN和其他粒子加速器上进行了连续测试。只是该模型尚未完成。

安徒生和他的同事们正在研究该模型与物质和反物质之间的不平衡相适应的各种可能性。最新结果最近发表在《物理评论快报》上。

一件事变成另一件事

“实际上，我们正在谈论的是相变，”安德森说。事物从一件事转变为另一件事。就像在各种条件下变成蒸汽或冰的水一样。或许，这是由于电子弱相变（EWPT）的结果而产生的，并且在大爆炸之后就形成了重子盈余。也许吧。

电弱相变通过气泡的形成而发生。新的阶段像水泡一样膨胀，并占据了整个宇宙。

Andersen和他的同事测试了所谓的“两个希格斯双峰”模型（2HDM），这是标准模型最简单的扩展之一。他们搜索了存在适当条件以创造物质的可能区域。

“重子不对称的产生方式存在多种情况。我们使用2HDM模型研究了电弱相变。这种相变发生在我们宇宙的早期阶段。”安德森说。

您可以将该过程与沸水进行比较。当水达到摄氏100度时，气泡就会形成并上升。每个人都看到了。这些气泡包含作为气相的水蒸气。

水是液体。事实证明，当它在早期宇宙中从“气相”变为“液相”时，在宇宙膨胀和冷却的过程中，与反夸克相比，我们可以产生多余的夸克。或产生重子不对称，安德森（Andersen）说。

数学

最后但并非最不重要的一点是，研究人员也在做数学。

为了使模型同步工作，必须拟合参数或数值，以使两个模型同时正确。因此，工作就是寻找这些参数。

在《物理评论快报》（Physical Review Letters）的最新文章中，安德森（Andersen）和他的同事们缩小了可以创建物质并同时与两种模型相对应的数学区域。他们现在缩小了可能性。

“例如，要使新模型（2HDM）符合我们从CERN已知的知识，模型中的参数就不能是任何东西。另一方面，为了能够产生足够的重子不对称性，参数也必须在一定范围内。这就是为什么我们试图缩小参数范围。但这还有很长的路要走，”安德森说。

无论如何，研究人员在理解我们和其他事物为何存在的道路上已经取得了一些进展。

出版物：Jens O. Andersen等人，“两个希格斯二重态模型中电弱相变的非扰动分析”，《物理评论快报》，2019年； doi：10.1103 / PhysRevLett.121.191802