全球微动态丨五种理论假想的“奇异粒子”
发布时间：2023-05-08 23:54:46
来源：哔哩哔哩
随着科学家发现了希格斯粒子，彻底证实该粒子的存在成为了后续科学实验的主要目标之一，围绕着希格斯粒子的存在和属性，科学家进行了很长时间的争论，曾有一个时期的争议气氛十分浓厚，很多物理学家表达了失望的情绪，但所有的新粒子特征指向了希格斯粒子的存在，发现希格斯粒子的重要性在于对粒子物理标准模型的证实，标准模型理论有100多年的漫长历史，充分解释了宇宙物质微小粒子的构成方式。
在大型强子对撞机（LHC）和其它物理仪器的帮助下，很多物理学家一直期待在实验过程中找到突破标准模型局限性的途径，实验结果可能对改变目前粒子物理学的思维方式产生震撼性的影响，揭示在宇宙物质中潜藏的粒子，其中有引力子和其它粒子，以下列举了希格斯粒子以外的五种奇异粒子，这些粒子的存在与否可能在未来的物理实验中得到证实。
1， 伴胶子（gluinos）、伴W粒子（winos）和光微子（photinos）
(资料图)
假如超对称理论的正确性得到证实，那么根据这一理论的推导，可以期待十多个有待检验的新粒子，依据超对称理论的解释，每个基本粒子都有一个配对的潜在粒子，基本粒子和配对粒子组成了粒子对。标准模型区分了两类基本粒子，一是玻色子，它是力的传递者或形成力的媒介，其中包括了胶子和引力子；二是是费米子，它含有质量或是物质的载体，其中包括了夸克、电子和中微子等。
印第安纳大学的物理学家波林·盖格农在博客中解释了基本粒子的分类，依据超对称理论的推测，一种费米子与一种玻色子形成了配对或组合，反之亦然，一种玻色子与一种费米子形成了配对或组合，根据这种组合逻辑的推理，作为一种玻色子的胶子有它的对应物——伴胶子(gluinos），W粒子有它的对应物——伴W粒子（winos），光子有它的对应粒子——光微子(photinos或伴光子)，以此类推，希格斯粒子有它的对应粒子——伴希格斯粒子(Higgsinos)。
科学家通过建在日内瓦的大型强子对撞机实验发现了希格斯粒子，这一发现似乎意味着宇宙不可避免的毁灭性，质子与质子的碰撞产生了一种与希格斯粒子有一致性特征的新粒子。到目前为止，通过大型强子对撞机的实验方式没能证实理论预测的超对称理论，没有发现难以捉摸的奇异粒子的行踪，纽约哥伦比亚大学的数学物理学家彼得·沃特明确指出，理论预测的奇异粒子未必存在，超对称理论本身可能有缺陷。2012年，物理学家发现了一个极为罕见的粒子，它被称之为B.S或B—Sub—S介子，该粒子的寿命极其短暂。
两个以近光速飞行的质子发生了正面撞击，质子与质子的碰撞在极短的时间内产生了B.S介子，存在几率非常低的B.S介子适合标准模型的推测，通过物理实验的事实可以证实，假如存在任何的超对称粒子，那么现在的超对称粒子将比最初的粒子重了很多。超对称理论有一个弱点，设定了大约105个自由参数，过多的参数带来了一些问题，物理学家对新发现粒子的尺寸和能量没能给以很好的界定，科学家难以确认在什么地方寻找这些奇异的粒子。
2， 中轻微子或中性伴子Neutralinos
超对称理论预测了太空的中轻微子，不带电荷，它的存在可以解释宇宙学的一大悬疑物——暗物质，科学家认为，暗物质占到了宇宙物质的大部分，科学家通过暗物质施加的巨大引力间接地探测到了它的存在，印第安纳大学的物理学家盖格农解释说，除了伴胶子以外，超对称理论预测了的一种粒子，它是混合了所有力的携带者的粒子体或粒子混合体，从中产生了中轻微子粒子。
中轻微子在早期灼热的宇宙羹汤中形成，留下了足够的暗物质存在方式的痕迹，现在可以通过暗物质的拖动作用真切地感受到这种粒子强有力的存在，科学家以前所未有的使命感和热情对它存在的蛛丝马迹进行搜索，他们使用了伽玛射线和中微子（Neutrino）望远镜，期望最终搜索到在宇宙空间无处不在的暗物质，比如：暗物质存在于太阳和银河系中心。物理学家宣布了一项大科学计划，在国际空间站安装一台粒子接收器，阿尔法磁谱仪的科学团队找到了某种暗物质的间接证据，公布了细节性的信息。
3，引力子
引力子和引力波的物理特性曾困惑着晚年的爱因斯坦，也一直困扰着后续的物理学家，爱因斯坦和后续的物理学家在孜孜不倦的探求中渴望建立单一或统一的物理学理论，将自然界的物质和力纳入“大统一理论”，既解答在微观世界中力的作用方式，也解答在宏观世界中力的作用模式。爱因斯坦没能实现物理学的统一之梦，新物理学的兴起很有可能实现这一梦想。爱因斯坦的相对论很好地解释了引力，但相对论难以解释粒子的量子行为，而粒子物理学很好地解释了粒子的量子行为，却不能有效地解释引力。
物理学家尝试用量子物理学解释引力的现象，他们提出了承载引力的粒子概念，理论假设的粒子被称为引力子，假设的引力子非常微小，没有质量，能够释放引力波。从理论上说来，每一个引力子释放了对宇宙物质的拉动作用，但人们很难从引力的作用中找到引力子的存在，对引力子的探测极为困难，主要是由于引力子和物质的交互作用极其微弱。
几乎不可能运用现有的技术手段直接探测到幽灵般的引力子，科学家一直没有发现引力子的存在，不能简单地说这是物理学的不幸，物理学家没有丧失深度探索的信心，他们研发了引力波的搜索仪器，通过激光干涉仪引力波天文台（LIGO）对引力波进行高精确性的搜索，引力波是一种时空结构的波动现象，通过使用先进的激光干涉仪，物理学家希望揭示引力子的存在与否。
4，非粒子（Unparticle）
科学家发现了一种奇异粒子的行踪，他们将“来无影，去无踪”的诡秘粒子称为非粒子，这一粒子可能揭示自然界的“第五种力”，在已知的四种基本力之外似乎存在第五种力，非粒子似乎可以解释，在一个远距离的范围，两个自旋的粒子发生了令人不可思议的交互作用现象，在一个短距离的范围，普遍存在自旋粒子的交互作用。
非粒子在微小尺度上形成了结合力，在磁场和金属物体中聚集和排列了电子旋，但自旋粒子在远距离表现的交互作用令人难以捉摸。物理学家在地球的地幔层搜索到了非粒子信号的痕迹，大量的电子在地幔层形成了堆积现象，非粒子可能和地球的磁场结合为牢不可破的整体，一旦磁场与非粒子的紧密结合出现了轻微的扰动，那么紧密性结合的微小变化可能展示出非粒子存在的一丝踪迹。
5，变色龙粒子
物理学家设想了一种更加难以捉摸的粒子，它被称为变色龙粒子，似乎含有可变的物质成分，假如证实了这一变化无常的粒子，那么变色龙粒子的存在方式可能帮助人们很好地解释暗物质和暗能量的相互关系。2004年，物理学家设想了一种大小为一个变数的力，它的变化特性取决于环境参数，在诸如地球和太阳物质密度大的环境，变色龙粒子受到了高紧固度物质的压力，可能释放出弱的力，反之，在物质密度小的环境，可能释放出强的力。
变色龙粒子的独特性可以说明，在早期宇宙物质分布的致密性环境，它的作用力变得弱小，在宇宙加速膨胀的过程中，星系之间的距离不断扩大，星系物质的密度随之不断缩小，它的作用力随时间的进程变得强大。物理学家设想了寻找的方法，利用光子在强磁场中发生的衰变寻找变色龙粒子存在的证据，到目前为止，物理学家没有发现任何线索，但他们寻找变色龙粒子的实验仍在继续。
（编译：2021-3-19）
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