一项新研究揭示了电子不对称性和物质存在的奥秘

一项新研究揭示了电子不对称性和物质存在的奥秘如果宇宙是完全对称的，物质和反物质的数量相等，故事的结局是我们将永远不会存在。但是一定有一个不平衡--一些剩余的质子、中子和电子--形成了原子、分子、恒星、行星、星系，并最终形成了人。电子是由负电荷组成的，JILA的科学家们一直试图测量这种电荷在电子的南北两极之间的分布是否均匀。任何不均匀都表明电子不是完美的圆形，而这将是早期宇宙中导致物质存在的不对称的证据。JILA的康奈尔小组研究了分子中的电子在调整其周围的磁场时的表现，以寻找电子的任何位移"如果宇宙是完全对称的，那么除了光以外就什么都没有了。这是历史上一个极为重要的时刻。突然间，宇宙中出现了一些东西，而问题是，为什么？"NIST/JILA研究员EricCornell说。"为什么我们会有这种不对称性？"解释我们宇宙的数学理论和方程式要求对称性。粒子理论家已经改进了这些理论，以解决不对称性的存在。但如果没有证据，这些理论只是数学，康奈尔解释说，所以包括他在JILA的小组在内的实验物理学家一直在寻找基本粒子，如电子的不对称迹象。现在，JILA小组对电子进行了破纪录的测量，缩小了对这种不对称性来源的搜索范围。其研究结果已发表在《科学》上。JILA由美国国家标准与技术研究所（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校共同运营。寻找不对称性证据的一个地方是电子的电偶极矩（eEDM）。电子是由负电荷组成的，而eEDM表明该电荷在电子的南北两极之间分布的均匀程度。任何高于零的eEDM测量值都将证实存在不对称性；电子将更像蛋形而不是圆形。但是没有人知道这种偏差可能有多小。"我们需要修正我们的数学，使之更接近现实，"康奈尔在JILA的研究小组的一名研究生谭雅·鲁西说。"我们正在寻找这种不对称性可能存在的地方，这样我们就可以了解它来自哪里。电子是基本粒子，它们的对称性告诉我们关于宇宙的对称性。"康奈尔、鲁西和他们在NIST和JILA的团队最近创造了精确测量eEDM的记录，比以前的测量结果提高了2.4倍。这有多精确呢？鲁西解释说，如果一个电子有地球那么大，他们的研究发现，任何存在的不对称性都会小于原子的半径。她补充说，进行如此精确的测量是非常困难的，所以该小组需要聪明一点。研究人员研究了氟化铪的分子。如果他们在分子上施加一个强电场，非圆形的电子就会想与电场对齐，在分子内移动。如果它们是圆的，那么电子就不会移动。使用紫外激光，他们将电子从分子上剥离，形成一组带正电的离子，并将它们困住。交替使用诱捕器周围的电磁场，分子被迫与电磁场对齐或不对齐。然后，研究人员使用激光来测量两组的能量水平。如果它们之间的能级不同，这将表明电子是不对称的。他们的实验允许他们比过去的尝试有更长的测量时间，这给了他们更大的敏感性。然而，该小组的测量结果显示，电子没有移动能级，表明就我们目前所能测量到的情况而言，电子是圆形的。康奈尔指出，不能保证任何人都能找到eEDM的非零测量值，但是这种来自桌面实验的精确程度是一项成就。它表明，昂贵的粒子加速器并不是探索关于宇宙的这些基本问题的唯一手段，有很多途径可以尝试。虽然该小组没有发现不对称性，但其结果将有助于该领域继续寻找早期宇宙不对称性的答案。"我们发现到我们的测量为止，电子是对称的。如果我们会发现非零，这将是一个大问题，"鲁西补充说。"最好的赌注是让世界各地的科学家团队来研究不同的选项。只要我们都不断地测量真相，最终，有人会发现它。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369605.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369605.htm

科学家完成迄今为止对电子永久电偶极矩的最精确测量

科学家完成迄今为止对电子永久电偶极矩的最精确测量一项新的研究提供了迄今为止对电子永久电偶极矩的最精确测量，为了解宇宙中物质与反物质之间的不平衡提供了重要依据。这项研究利用分子离子中的电子，将之前的最佳测量结果提高了约2.4倍，有助于完善或扩展粒子物理学的标准模型。粒子物理学标准模型（SM）预言了这种对称性的轻微破坏，但不足以解释实际观测到的不平衡。为了解决这一差异，人们对标准模型提出了许多扩展方案。为了测试这种模型扩展，测量电子电偶极矩（eEDM）--一种对称性破缺的测量方法--的桌面实验非常有前途。在这里，为了以极高的精度测量电子偶极矩，TanyaRoussy等人使用了一种强大的方法：将电子束缚在分子离子内部，置于巨大的分子内电场中。范明宇和安德鲁-贾伊奇在一篇相关的《视角》文章中写道："鲁西等人花了大量精力仔细研究他们的实验仪器和测量技术，以便能够详细了解系统不确定性，确保不会错误地引入虚假信号。"他们的结果比之前的eEDM尺寸最佳上限提高了约2.4倍。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382803.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382803.htm

强力强度获得迄今最精确测量

强力强度获得迄今最精确测量粒子物理学标准模型指出，自然界中存在四种基本力：强力、电磁力、弱力和引力，其中将夸克结合成质子、中子和原子核的强力相同作用最强。强力由胶子携带，其强度被称为强耦合常数。尽管经过多年测量和理论发展，科学家们对强耦合常数的认识有所提高，但其值的不确定度仍比其他“同伴”大几个数量级。分析小组成员、CERN物理学家斯蒂法诺·卡马尔达指出，强力的强度是标准模型的关键参数，但其精度目前仅为百分之几，而比强力弱15倍的电磁力的精度达到十亿分之一。为提升强力强度测量的精确度，ATLAS合作组研究了LHC上碰撞能量为8太电子伏特（TeV）的质子-质子碰撞产生的Z玻色子。当相互碰撞的质子中的两个夸克湮灭时，通常会产生Z玻色子。在此过程中，强力通过从湮灭夸克上辐射出的胶子而发挥作用。这种辐射会赋予Z玻色子一个横向动量，其大小取决于强耦合常数。精确测量Z玻色子横向动量的分布，并与理论值进行比较，可以确定强耦合常数。在最新分析中，研究团队据此精确测定Z玻色子质量尺度下强耦合常数为0.1183±0.0009，该结果的相对不确定度仅为0.8%，是迄今单次实验对强力强度最精确的测量。研究团队指出，对强耦合常数进行更精确测量具有重要意义：首先，可提升与强力有关的粒子过程的理论计算精度；其次，有助解决一些重要的未解之谜。例如，在极高能量下，所有基本力是否强度相同，并由此推断它们是否拥有潜在的共同来源，以及是否会有未知的相互作用能在某些过程或特定能量下改变强力等。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386863.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386863.htm

暗能量与暗物质获迄今最精确计算

暗能量与暗物质获迄今最精确计算美国天体物理学家的一项分析，对宇宙的组成和演化设置了迄今为止最精确的限制。通过这种被称为Pantheon+的分析，宇宙学家确认宇宙由大约三分之二的暗能量和三分之一的物质组成，这种物质主要以暗物质的形式，在过去数十亿年中加速膨胀。研究结果近日发表在《天体物理学杂志》特刊上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1329785.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1329785.htm

ATLAS测得迄今最精确希格斯玻色子质量

ATLAS测得迄今最精确希格斯玻色子质量CERN于2012年7月正式宣布在大型强子对撞机（LHC）上发现了希格斯玻色子，这是粒子物理学标准模型的“最后一块拼图”。而希格斯玻色子的质量不由标准模型预测，必须通过实验测量来确定，其值决定了希格斯玻色子与其他基本粒子以及自身相互作用的强度。对这一基本参数开展精确测定，使物理学家能对希格斯玻色子性质的测量与标准模型的预测进行对比。如果预测出现偏差，可能预示新粒子的存在。在最新研究中，ATLAS团队基于该粒子衰变为两个高能光子（双光子通道），对运行期间收集到的所有数据集分析后得出希格斯玻色子的质量为125.22吉电子伏特（GeV，1吉电子伏特等于10亿电子伏特），不确定度为0.14GeV，精度为0.11%，这是迄今通过单衰变通道获得的最精确的希格斯玻色子质量。他们将这一结果与此前开展的基于该粒子衰变为四个轻子（四轻子通道）进行分析获得的质量相结合，获得希格斯玻色子质量为125.11GeV，不确定度为0.11GeV，精度为0.09%，这是迄今对这一基本参数最精确的测量。ATLAS合作组发言人安德烈亚斯·霍费尔表示，强大的重建算法与精确的校准相结合是精确测量的决定性因素。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372981.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372981.htm

科学家发现对称性破坏的第一个证据 它可以解释你为什么存在

科学家发现对称性破坏的第一个证据它可以解释你为什么存在佛罗里达大学的天文学家通过研究一百万万亿个星系四联体，首次发现了宇宙诞生之初必然违反对称性的证据，揭示了宇宙更喜欢某些形状而不是它们的镜像，这是一种已知的现象作为宇称对称性破坏。这一发现不仅强化了大爆炸理论的暴胀方面，而且还为宇宙学最大的谜团之一提供了线索：为什么物质比反物质更多？但要确定这种存在对称性破坏背后的根源，甚至找到证据，都是不可能的。然而，在一篇新论文中，佛罗里达大学的天文学家发现了第一个证据，证明在创造时这种必要的对称性破坏。佛罗里达大学的科学家研究了宇宙中多达数百万万亿个三维星系四联体，发现宇宙在某个时刻更喜欢一组形状而不是它们的镜像。这个被称为宇称对称破坏的想法指出了宇宙历史上的一个极小的时期，当时的物理定律与今天不同，对宇宙的演化产生了巨大的影响。这一发现具有高度的统计可信度，有两个主要后果。首先，这种宇称不守恒只能在宇宙诞生之初的极端膨胀时期才会在未来的星系中留下印记，从而证实了宇宙起源大爆炸理论的核心组成部分。宇称不守恒也有助于回答也许是宇宙学中最关键的问题：为什么有东西而不是空无一物？这是因为需要宇称不守恒来解释为什么物质比反物质更多，而反物质是星系、恒星、行星和生命以现有方式形成的必要条件。“我一直对有关宇宙的重大问题感兴趣。宇宙的开始是什么？它的演化遵循什么规则？为什么有东西而不是没有？”监督这项新研究的佛罗里达大学天文学教授ZacharySlepian说。“这项工作解决了这些大问题。”Slepian与佛罗里达大学博士后研究员、该研究的第一作者JiaminHou以及劳伦斯伯克利国家实验室物理学家RobertCahn合作进行了分析。三人最近在《皇家天文学会月刊》杂志上发表了他们的发现。这些研究人员在最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文中首次提出了利用星系四联体寻找宇称不守恒的想法。宇称对称性是指物理定律不应该偏爱一种形状而不是其镜像。科学家通常用“惯用手”的语言来描述这种特征，因为我们的左手和右手是我们都熟悉的镜像，但无法在三个维度上旋转您的左手，使其看起来像您的右手，这意味着它们始终可以彼此区分。宇称破坏意味着宇宙确实偏爱左手或右手形状。为了发现宇宙的旋向性，斯莱皮安的实验室想象了由空间中的假想线连接的四个星系的所有可能组合。这形成了一个称为四面体的3D物体，就像一个不平衡的金字塔——具有镜像的最简单的形状。他们根据星系在这些假想形状中与最近和最远伙伴的连接方式来定义右手和左手星系四面体。他们的方法需要分析一百万个星系中每一个的一万亿个想象的四面体，这是一个令人难以置信的组合数量。“最终我们意识到我们需要新的数学，”斯莱皮安说。因此，Slepian的团队开发了复杂的数学公式，可以在合理的时间内执行大量计算。它仍然需要大量的计算能力。“我们拥有HiPerGator超级计算机的用友独特技术使我们能够使用不同的设置运行分析数千次来测试我们的结果，”他说。分析的技术方面很难说宇宙更喜欢“右手”还是“左手”形状，但科学家们看到了明确的证据表明宇宙确实有这种偏好。他们以称为“七西格玛”的确定性确定了他们的发现，这是衡量仅凭机会获得结果的可能性有多大的指标。在物理学中，西格玛值为5或更高的结果通常被认为是可靠的，因为在此级别出现偶然结果的几率微乎其微。一位前Slepian实验室成员进行的类似分析发现了相同的普遍形状偏好，尽管由于研究设计的差异，统计可信度稍低。尽管科学家们对宇称不守恒的信号充满信心，但潜在测量的不确定性仍然有可能解释这种不对称性。值得庆幸的是，下一代望远镜提供的更大的星系样本可以提供足够的数据，在短短几年内消除这些不确定性。佛罗里达大学的斯莱皮安团队将作为暗能量光谱仪器望远镜团队的一部分，对这些新的、更可靠的数据进行分析。这并不是第一次发现宇称不守恒，但这是宇称不守恒可能影响宇宙星系三维聚类的第一个证据。基本力之一：弱力，也违反宇称。但其影响范围极为有限，无法影响星系的规模。这种银河影响需要宇称不守恒发生在大爆炸的那一刻，这个时期被称为暴胀。斯莱皮安说：“由于宇称不守恒只能在暴胀期间铭刻在宇宙上，如果我们的发现是真的，它就为暴胀提供了确凿的证据。”弱力的宇称不守恒也无法解释物质的丰富性。在对称的宇宙中，大爆炸应该产生等量的物质和反物质，它们会相互湮灭，使宇宙中没有恒星和行星。由于我们最终得到了一个主要由物质组成的宇宙，物理学家长期以来一直在寻找早期创造中不对称的一些迹象。斯莱皮安实验室的发现还无法解释我们如何最终获得如此丰富的物质。“如何”将需要超越标准模型的新物理学，它解释了我们当前的宇宙。但新的结果确实强烈表明，大爆炸的最初时刻存在不对称性。现在，科学家们正在竞相提出一种理论，以解释宇宙的镜像偏好和物质过剩。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367573.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367573.htm