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 宇宙学

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物理学家说,我们的宇宙在大爆炸的另一端有反物质伙伴

03 Jan 2019
大爆炸的抽象形象
(礼貌:shutterstock / tomertu)

我们的宇宙可能是反物质宇宙在大爆炸之前向后延伸的镜像。因此,加拿大的物理学家声称 设计了一个新的宇宙学模型,假设存在“反宇宙” 与我们自己的配对,它保留了称为CPT对称性的基本物理规则。研究人员仍然需要弄清楚他们理论的许多细节,但是他们说自然可以解释暗物质的存在。

标准的宇宙学模型告诉我们,大约140亿年前,宇宙-空间,时间和质量/能量-发生了爆炸,并且此后膨胀和冷却,导致亚原子粒子,原子,恒星和行星的逐步形成。

然而, 尼尔·图洛克 周边理论物理研究所 安大略省的研究人员认为,这些模型对临时参数的依赖意味着它们越来越类似于托勒密对太阳系的描述。他说,这样的参数之一就是迅速膨胀的短暂时期,即通货膨胀,可以解释宇宙的大规模统一性。他说:“在这种心态下,您可以通过发明新的粒子或场来解释新现象。” “我认为这可能被误导了。”

相反,图鲁克和他的周边学院同事 莱瑟姆·博伊尔 着手开发一种仅能基于已知粒子和场来解释所有可观测现象的宇宙模型。他们问自己,是否存在一种自然的方法将宇宙扩展到大爆炸之后—一种广义相对论崩溃的奇异之处—然后扩展到另一端。他说:“我们发现那里。”

答案是假设整个宇宙都遵循CPT对称性。这个基本原理要求,如果时间倒转,空间倒置并且粒子被反粒子取代,则任何物理过程都必须保持不变。图罗克说,对于我们周围的宇宙而言,情况并非如此,时间随着空间的扩大而向前推进,而不仅仅是反物质。

Model of a CPT-symmetric universe

图罗克说,相反,尊重对称性的实体是一个宇宙-反宇宙对。反宇宙将从宇宙大爆炸中回溯,并随着时间的推移而变大,并以反物质为主导,并且其空间性质与我们宇宙中的性质相反—这种情况类似于电子-正电子的产生Turok说,两人在真空中配对。

与英国曼彻斯特大学的基兰·芬恩(Kieran Finn)合作的Turok承认,该模型仍然需要大量工作,并且可能会有很多反对者。的确,他说他和他的同事“进行了旷日持久的讨论”,裁判员审阅了该文件。 体检信 - 在哪里 最终被出版 –宇宙微波背景中的温度波动。 “他们说您必须解释这种波动,我们说这是一项正在进行的工作。最终他们屈服了。”他说。

Turok说,从广义上讲,波动是由于时空的量子力学性质造成的,其时空接近Big Bang奇点。虽然我们宇宙的遥远未来和反宇宙的遥远过去将提供固定(经典)点,但所有可能的基于量子的排列都将存在于中间。他和他的同事计算了CPT对每个可能配置的实例,并从中得出最可能存在的配置。他说:“事实证明,最有可能的宇宙是看起来与我们相似的宇宙。”

Turok补充说,量子不确定性意味着宇宙和反宇宙不是彼此精确的镜像-避开了诸如自由意志之类的棘手问题。

但是,除了问题之外,Turok说新模型为暗物质提供了自然的候选者。该候选物质是一种超难捉摸的,非常重的粒子,称为“无菌”中微子,其假设是要解决更常见的左手中微子的有限(非常小)质量的问题。根据Turok的说法,CPT对称性可以用来根据第一性原理计算出我们宇宙中右旋中微子的数量。通过考虑观察到的暗物质密度,他说数量产生的右旋中微子质量约为5×108 GeV –约为质子质量的5亿倍。

Turok将质量描述为“极具吸引力”,类似于从南极脉冲瞬态天线(ANITA)所发现的几个异常无线电信号中得出的质量。高空飞越南极的气球飞行实验通常观察到宇宙射线向下穿过大气层。然而,有两次ANITA似乎检测到质量从2到10的粒子穿过地球×108 GeV。鉴于普通中微子几乎可以在到达那之前相互作用,范德比尔特大学的托马斯·韦勒及其同事最近 提出罪魁祸首是腐烂右手中微子.

然而,Turok指出了一种美中不足:这就是CPT对称模型要求这些中微子要完全稳定。但是他仍然保持谨慎乐观。他说:“有可能使这些粒子随着宇宙的衰变而衰减,但这需要对我们的模型进行一些调整。” “因此我们仍然很感兴趣,但我当然不会说我们在现阶段深信不疑。”

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