一种奇怪的新希格斯粒子可能从我们的宇宙中偷走了反物质

~ 为什么我们的宇宙旋转的物质比其奇异的反物质还要多，这是现代物理学中最令人困惑的谜题之一。

为什么我们的宇宙旋转的物质比其奇异的反物质还要多——以及我们为什么存在——是现代物理学 中最令人困惑的谜题之一。

不知何故，当宇宙非常年轻时， 几乎所有的反物质都消失了 ，只剩下正常的东西。长期以来，理论家们一直在追踪这个难以捉摸的解释——更重要的是，一种用实验来检验这种解释的方法。

现在，三位理论家提出，三个称为希格斯玻色子的粒子可能是宇宙中反物质神秘消失的原因。他们认为他们知道如何找到嫌疑犯。

在亚原子粒子之间的几乎每一次相互作用中，反物质（与正常物质相同但带相反电荷）和正常物质的产生量相等。它似乎是 宇宙的基本对称 。然而，当我们出去观察同一个宇宙时，我们几乎看不到任何反物质。据物理学家所知，对于每一个仍然存在的反物质粒子，宇宙中大约有十亿个正常物质粒子。

这个谜有很多名称，例如物质不对称问题和重子不对称问题；不管名字如何，它都难倒物理学家。到目前为止，没有人能够为物质相对于反物质的主导地位提供一个连贯一致的解释，而且由于解释自然如何运作是物理学家的工作，它开始变得令人恼火。

然而，大自然确实给我们留下了一些线索，让我们费解。例如，没有证据表明在所谓的宇宙微波背景中存在大量反物质——宇宙诞生时大爆炸留下的热量。这表明雀跃发生在非常早期的宇宙中。早期的宇宙是一个非常疯狂的地方，各种复杂的、知之甚少的物理学正在发生。所以如果物质和反物质要分裂，那是一个很好的时机。

事实上，反物质消失的最佳时间是在我们宇宙中短暂但动荡的时期，当时自然力量随着宇宙冷却而分裂。

在高能下（如粒子对撞机内的那些），电磁力和弱核力将它们的力量结 合起来形成一种新的力量：电弱。然而，一旦事情冷却下来并恢复到正常的日常能量，电弱就会分裂成熟悉的两种力量。

在更高的能量下，例如在大爆炸的最初时刻发现的那些，我们认为强核力会与弱电合并，而在更高的能量下，引力会合并成一个单一的统一力。但我们还没有完全弄清楚重力是如何影响 游戏 的。

希格斯玻色子在 1960 年代被提议存在，但直到 2012 年才在大型强子对撞机内被发现，它负责将电磁力与弱核力分开。物理学家非常确定，物质-反物质分裂发生在所有四种自然力作为它们自己的实体就位之前。那是因为我们对分裂后的宇宙物理学有了相当清晰的了解，并且在后期添加过多的反物质违反了对宇宙微波背景的观测。

因此，也许希格斯玻色子起了作用。

但是希格斯粒子本身不能削减它。没有已知的机制仅使用希格斯粒子来导致物质和反物质之间的不平衡。

值得庆幸的是，希格斯的故事可能还没有结束。物理学家在对撞机实验中发现了一个单一的希格斯玻色子，其质量约为 1250 亿电子伏特或 GeV——作为参考，一个质子的重量约为 1 GeV。

事实证明，希格斯可能并不孤单。

完全有可能有更多的希格斯玻色子漂浮在周围，它们的质量比我们目前在实验中所能检测到的要大。如今，那些更重的希格斯粒子，如果它们存在的话，不会做太多事情，不会真正参与任何我们可以通过对撞机访问的物理——我们只是没有足够的能量来“激活”它们。但是在宇宙的早期，当能量非常非常高时，其他希格斯粒子可能已经被激活，而这些希格斯粒子可能会导致某些基本粒子相互作用的不平衡，从而导致现代物质和反物质之间的不对称。

在最近在线发表在预印本期刊arXiv上的一篇论文中，三位物理学家提出了一个有趣的潜在解决方案：也许，三个希格斯玻色子（被称为“希格斯三驾马车”）在早期宇宙中玩了一场烫手山芋，产生了大量正常物质. 当物质接触到反物质——噗——两者湮灭并消失。

因此，大部分物质流会湮灭反物质，在辐射洪流中几乎完全将其淹没。在这种情况下，将有足够的正常物质导致我们知道和喜爱的当今宇宙。

为了完成这项工作，理论家提出三重奏包括一个已知的希格斯粒子和两个新粒子，这二重奏中的每一个都具有大约 1,000 GeV 的质量。这个数字纯粹是任意的，但被特别选择是为了让这个假设的希格斯粒子有可能被下一代粒子对撞机发现。预测永远无法检测到的粒子的存在是没有用的。

然后物理学家面临挑战。无论哪种机制导致不对称，都必须使物质比反物质具有 10 亿比 1 的优势。而且，它在早期宇宙中有一个非常短的时间窗口来做它的事情；一旦力量分裂， 游戏 就结束了，我们所知道的物理就被锁定了。而这个机制，包括两个新的希格斯粒子，必须是可测试的。

简短的回答：他们能够做到。这是一个非常复杂的过程，可以理解，但总体（和理论上的）故事是这样的：两个新的希格斯粒子以略微不同的速率衰变为粒子阵雨，并且对物质的偏好也略有不同。这些差异随着时间的推移而增加，当电弱力分裂时，“内置”到宇宙中的物质-反物质粒子群的差异足以使正常物质最终支配反物质。

当然，这解决了重子不对称问题，但立即引出了自然对这么多希格斯玻色子做了什么的问题。但我们会一步一步来。

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