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在国际空间站上探测到的反物质可能揭示新物理学

2024-07-28 09:11阅读：

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在国际空间站上探测到的反物质可能揭示新物理学
By Andrey Feldman
published 21 hours ago
Particle Physics
八年前，国际空间站探测到了诡异的挑战我们的物理学的整体理解的反物质粒子。现在研究人员已经提出神秘的宇宙“火球”可能帮助解释这一探测。
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在国际空间站上探测到的反物质可能揭示新物理学
八年前，与阿尔法磁谱仪（
AMS-02）合作的科学家们检测到了一个标准物理模型不能解释的不同寻常量的反氦原子核。现在，科学家们说它们可能是被称为“宇宙火球”的假想天体的证据。(Image credit: NASA via Getty Images)
新的研究提示在国际空间站（ISS）上检测到的反物质粒子对未知物理学可能是证据。
这些氦原子核的反物质版本的粒子可能已经被宇宙火球产生，而物理学家不能用标准模型解释这些火球如何被形成，标准模型是描述亚原子粒子动物园的理论。
所有基本粒子都有相应的带相反电荷的反粒子，靠接触它们彼此湮灭。理论提示宇宙中一半的物质应该一直是反物质，这会意味着宇宙在大爆炸后不久已经毁灭了它自己。
然而在宇宙中反物质是稀缺的和短暂的。虽然粒子加速器能通过质子和电子的碰撞产生反粒子，并且特殊的探测器从高能空间碰撞观测反粒子，诸如那些来自超新星爆炸的反粒子，但这些通常只产生一个单个反粒子如正电子（反电子）和反质子。
然而，大约八年前国际空间站上的阿尔法磁谱仪（AMS-02）检测到大约10个反氦原子核。这些原子核由两个反质子和要么一个要么两个反中子组成（分别对应反氦-3和反氦-4版本）。如果通过进一步分析被证实，这一发现将挑战粒子物理学的标准模型
该研究的合著者加拿大周边理论物理研究所的博士后研究员迈克尔（Michael A.Fedderke）在一封电子邮件中告诉生活科学杂志，按照标准模型，制造反氦-4至少需要三到四个反质子和反中子是足够接近彼此并正在足够慢移动来粘在一起。基于这些要求，对每10000个反氦-3将会产生一个反氦-4。
迈克尔说，“关于阿尔法磁谱仪候选事件真的有趣的东西是数据似乎与对每两到三个反氦-3事件约一个反氦-4事件是一致的”，这远远高于标准模型预测的。
在6月21日发表在《物理评论D》杂志上的这项新研究中，研究小组试图用被称为火球的假想天体来解释这种差异。这些火球可能从目前未被观测到的现象造成，诸如极端密集的暗物质团块的碰撞——一种神秘的约占宇宙物质的80%但不与光相互作用因此不能被直接观测到的物质。
约翰·霍普金斯大学博士生、该研究的合著者阿努巴夫·马图尔告诉《生活科学》杂志，“一个火球是一个密集的包含大量反粒子的高能量空间区域，一旦形成它以接近光速的速度膨胀，将反质子、反中子和反氦释放进周围环境。反原子核随后向外旅行，其中一些到达地球在那里它们能被探测到的地方” 。
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研究人员建模了各种大小和行为的火球。迈克尔说，他们发现了如果火球是由许多暗物质粒子组成的大的“复合”天体，那么它们产生的反氦原子核的数量很好与国际空间站上检测到的初步结果匹配。
虽然这些发现是承诺的，但它们仍然是初步的并需要进一步验证。后续研究将帮助确定是否他们的假设是正确的。
迈克尔说，“在观测方面，我们正在期待阿尔法磁谱仪完成它们的候选反氦事件的分析，并期待他们在未来获得更多可能进一步揭示这个谜团的数据”。
迈克尔补充说，通用反粒子光谱仪（GAPS）项目将于今年晚些时候在南极洲上空发射一个气球来探测包括反氦原子核的反物质宇宙射线，也可能揭示这一事情。
https://www.livescience.com/physics-mathematics/particle-physics/antimatter-detected-on-international-space-station-could-reveal-new-physics

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