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标准模型无法解释的五个谜团

作者:admin      来源:admin      发布时间:2020-01-07

标准模型是一种美妙的东西。它是粒子物理学中最严谨的理论,其预测极其精确。它从数学上列出了自然界的17个组成部分:6个夸克,6个轻子,4个力载体粒子,以及希格斯玻色子。这些都受电磁、弱力和强力的支配。

“至于‘我们是什么?墨西哥国立自治大学(UNAM)的研究员索尔·拉莫斯说:“标准模型有答案。“它告诉我们,宇宙中的每一个物体都不是独立的,每一个粒子的存在都是有原因的。”

在过去的50年里,这样一个系统使科学家们能够将粒子物理学纳入一个单一的方程式,这个方程式可以解释我们在我们周围的世界上所看到的大部分现象。

然而,尽管标准模型具有强大的预测能力,但它未能回答五个关键问题,这就是为什么粒子物理学家知道他们的工作还远深圳网站建设远没有完成。

标准模型中的三个粒子是不同类型的中微子。标准模型预测,就像光子一样,中微子应该没有质量。

然而,科学家们已经发现,这三个中微子在运动时是振荡的,或者是相互转化的。这一壮举之所以成为可能,只是因为中微子毕竟不是无质量的。

美国西北大学教授Andre de Gouvea说:“如果我们用现在的理论,我们会得到错误的答案。”

标准模型把中微子搞错了,但究竟错到什么程度还有待观察。毕竟,中微子的质量相当小。

这是所有标准模型都遗漏了,还是还有更多我们不知道的中微子?例如,一些实验结果表明,可能存在第四种类型的中微子,称为无菌中微子,我们尚未发现。

当科学家们注意到星系的旋转速度比他们应该的速度快得多的时候,他们意识到他们错过了一些东西,这是基于他们可见物质的引力。它们旋转得如此之快,它们本应该把自己撕裂的。科学家们称之为“暗物质”的一些我们看不见的东西,一定给了这些星系额外的质量,从而产生了引力。

科学家们正在寻找研究这种神秘物质的方法,并确定其构成成分。如果科学家能够证明暗物质交互与正常物质在某些方面,“我们仍然需要一种新的模式,但这将意味着新的模型和标准模型连接,”安德烈·艾伯特说研究员美国能源部SLAC国家实验室研究暗物质,除此之外,在墨西哥的高空水切伦科夫天文台。“这将是一个巨大的游戏规则改变者。”

当一个物质粒子形成时——例如,在大型强子对撞机的粒子碰撞中,或者在另一个粒子衰变中——它的反物质对应物通常会伴随而来。当等量的物质和反物质粒子相遇时,它们会相互湮灭。

科学家们认为,当宇宙在大爆炸中形成时,物质和反物质应该是等量产生的。然而,某种机制阻止了物质和反物质以它们通常的方式完全毁灭,我们周围的宇宙被物质所主宰。

标准模型无法解释这种不平衡。许多不同的实验正在研究物质和反物质,以寻找改变天平的线索。

在科学家们能够测量宇宙的膨胀之前,他们猜测宇宙在大爆炸之后迅速开始膨胀,然后随着时间的推移,开始变慢。因此,令人震惊的是,不仅宇宙的膨胀没有减速,实际上还在加速。

哈勃太空望远镜和欧洲航天局盖亚天文台的最新测量表明,星系正在以每秒45英里的速度远离我们。相对于我们的位置,每增加一个百万分之一秒,也就是320万光年的距离,速度就会增加一倍。

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这一速率被认为来自于一种无法解释的时空特性——暗能量,它正在把宇宙推开。它被认为占宇宙能量的68%。de Gouvea说:“这是非常基本的东西,没有人仅仅通过标准模型就能预测到。”

标准模型不是用来解释重力的。这第四种也是最弱的自然力似乎对标准模型解释的亚原子相互作用没有任何影响。

“在LIGO证实引力波的存在之后,我们现在要问:最小的引力波可能是什么?”这很像在问什么是引力子,”亚利桑那州立大学核科学研究所教授阿尔贝托吉约萨表示。

拉莫斯说,这五个谜团是21世纪物理学的大问题。然而,他说,还有更基本的谜团:时空几何的来源是什么?粒子从哪里得到自旋?为什么强的力那么强,而弱的力那么弱?

桂约萨说,还有很多东西有待探索。“即使我们最终掌握了一个完美的终极理论,我们仍然会在不同的情况下进行实验,以突破它的极限。”

“这是一个非常经典的科学方法的例子,”阿尔伯特说。每一个答案都带来更多的问题;什么也没做。”