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當(dāng)前的物理學(xué)定律并不能解釋為什么物質(zhì)在反物質(zhì)上仍然存在-為什么宇宙是由“物質(zhì)”構(gòu)成的。科學(xué)家認(rèn)為，在宇宙的開始就產(chǎn)生了同等數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)，但這意味著它們應(yīng)該互相消滅，在宇宙開始時(shí)就將其消滅了。

相反，物理學(xué)家建議物質(zhì)和反物質(zhì)行為的方式必須存在差異，這可以解釋為何物質(zhì)持續(xù)存在并現(xiàn)在統(tǒng)治宇宙。每個(gè)物質(zhì)粒子都有一個(gè)反物質(zhì)當(dāng)量，中微子也沒(méi)有什么不同，一個(gè)反物質(zhì)當(dāng)量被稱為反中微子。

它們?cè)谛再|(zhì)和行為上應(yīng)該完全相反，這就是使它們?cè)诮佑|時(shí)相互消滅的原因。

現(xiàn)在，組成T2K合作組織的國(guó)際研究人員團(tuán)隊(duì)，包括倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的科學(xué)家在內(nèi)，已經(jīng)找到了最有力的證據(jù)，證明中微子和反中微子的行為不同，因此可能不會(huì)相互抵消。

帝國(guó)理工大學(xué)物理系的帕特里克·鄧恩博士說(shuō)：“這一結(jié)果使我們比以往任何時(shí)候都更接近回答了為什么宇宙中存在這個(gè)物質(zhì)這一根本問(wèn)題。太平洋在線娛樂(lè) 得到證實(shí)，目前我們的研究結(jié)果超過(guò)95％肯定的是，這將對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并應(yīng)為更好地了解我們的宇宙如何發(fā)展指明道路。”

以前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)物質(zhì)與稱為夸克的亞原子粒子的反物質(zhì)版本之間在行為上存在一些差異，但是到目前為止觀察到的差異似乎還不足以說(shuō)明宇宙中物質(zhì)的優(yōu)勢(shì)。

但是，T2K的新結(jié)果表明中微子和抗中微子的行為差異似乎很大。中微子是基本粒子，但不會(huì)與正常物質(zhì)強(qiáng)烈相互作用，因此，來(lái)自太陽(yáng)的約50萬(wàn)億個(gè)中微子每秒都會(huì)通過(guò)您的身體。

中微子和反中微子可以以三種“味道”出現(xiàn)，分別稱為介子，電子和τ。當(dāng)他們旅行時(shí)，他們可以“振蕩”-變成不同的味道。介子中微子振蕩成電子中微子的事實(shí)最早是在2013年的T2K實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。

為了獲得新的結(jié)果，研究小組從日本東海的J-PARC設(shè)施發(fā)射了中子和反中子子束，并檢測(cè)到有295 km的超級(jí)神岡探測(cè)器中有多少電子中子和反中子到達(dá)。

他們尋找中微子或抗中微子如何改變風(fēng)味的差異，發(fā)現(xiàn)中微子似乎比抗中微子更容易改變。

現(xiàn)有數(shù)據(jù)也極大地降低了中微子和抗中微子彼此改變風(fēng)味的可能性。鄧恩博士說(shuō)：“我們的結(jié)果表明，我們有95％以上的把握確定了中微子和反中微子的行為不同。這本身就是個(gè)大新聞；但是我們已經(jīng)知道其他具有物質(zhì)-反物質(zhì)差異的粒子太小了，無(wú)法解釋我們以物質(zhì)為主導(dǎo)的宇宙。

“因此，測(cè)量差異的大小對(duì)于確定中微子是否能夠回答這個(gè)基本問(wèn)題很重要。我們今天的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與其他粒子不同，中微子的結(jié)果與許多解釋宇宙物質(zhì)起源的理論是兼容的統(tǒng)治地位。”

雖然結(jié)果是迄今為止中微子和反中微子行為不同的最有力證據(jù)，但T2K協(xié)作組織正在努力通過(guò)升級(jí)探測(cè)器和光束線，包括新型Hyper-Kamiokande探測(cè)器取代Super-Kamiokande，來(lái)減少任何不確定性并收集更多數(shù)據(jù)。美國(guó)也正在建設(shè)一個(gè)名為DUNE的新實(shí)驗(yàn)。帝國(guó)參與這兩者。

自2004年以來(lái)，帝國(guó)研究人員就參與了T2K協(xié)作，從白板的概念設(shè)計(jì)以及新型粒子探測(cè)器組件的研發(fā)開始，這是構(gòu)建此實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，該實(shí)驗(yàn)最終于2010年完成并啟用。

為了獲得最新結(jié)果，研究小組對(duì)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并確保他們觀察到的信號(hào)是真實(shí)的，并包括中微子如何與物質(zhì)相互作用的影響，這是分析中最大的不確定性之一。

內(nèi)田洋教授說(shuō)：“剛開始的時(shí)候，我們知道看到中微子與反中微子之間存在差異的跡象，要想花點(diǎn)時(shí)間，甚至可能要花上幾十年，所以擁有我們的大腦幾乎就像一個(gè)夢(mèng)想。結(jié)果將在本周的《自然》雜志封面上慶祝。”