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上帝粒子或产生暗能量 宇宙加速分离已无可避免

http://www.kexue.com 2013-08-16 09:54:54 凤凰科技  发表评论


“上帝粒子”,顾名思义,它具有左右世界的能力

  最新研究表明,给予其它粒子质量的上帝粒子希格斯玻色子可能也是导致宇宙加速分离的元凶。这是因为原则上来说,希格斯玻色子会产生暗能量。粒子物理学的标准模型包括组成物质的基本粒子以及相应的场。例如,光子是与电磁场紧密相连的,然而,希格斯玻色子是标量的——它并不在某个特定方向发生作用。

  综合考虑,已知粒子场会产生某种渗透宇宙的能量密度。在发现暗能量之前,粒子物理学家一直担心最简单的标准模型预测了一个巨大、可能无限的能量密度,它或可能导致宇宙以不断增长的速率膨胀。然而,这似乎未必会发生,直到科学家对遥远超新星的观测显示星系不止是互相远离,而是不断加速远离。这项发现似乎解决了这个问题,但事实上,导致加速的罪魁祸首,也就是我们称之为的暗能量,比标准模型里预测的要更微弱。

  “这与我们所预测的大不相同,”美国麻省理工学院的弗兰克·维尔切克(Frank Wilczek)这样说道。“作为宇宙的基本特征,这种尴尬意义深远。”期待已久的希格斯玻色子的出现,鼓励了美国亚利桑那州立大学的物理学家劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)和美国路易斯安那大学拉斐特分校的詹姆斯·邓特(James Dent),他们正努力解开暗能量为何如此“懦弱”之谜。

  “我们的研究显示,如果希格斯玻色子存在——事实显示似乎的确如此——它可能是新物理学的入口,原则上来说它与另一个新的场相连,后者产生了宇宙里合适数量级的能量密度。”在发现希格斯玻色子之前,克劳斯好奇是否有其它标量场与希格斯玻场相结合,从而产生了与新物理学现象的连接。克劳斯其实一直是坚定的希格斯玻怀疑论者,直到科学家最终确凿的证实发现了希格斯玻色子。

  “我当时正在准备一篇论述希格斯玻色子为什么不存在的文章,认为在大型强子对撞机(LHC)里并不会发现它们的存在。当在LHC里的确发现了它们的存在,我当时非常震惊,天呐!所有我不认可的、涉及宇宙中存在新标量场的可能性,可能是正确的。”

  克劳斯和邓特修订了存在标准模型以外的新的标量场。没有希格斯玻色子,这个标量场的能量密度为0。但是标准模型认为所有基本力和它们相关的场应该以极高的能量相结合,这意味着存在一个统一高能量的场。如果新标量场能够利用希格斯玻色子与这个高能量场相连接,那么它将需要自身的一些能量。

  所需的能量将由跷跷板机制所决定:如果一个场的值增加了,另一个场的值就会减少。因为统一的场能量巨大,因此新的标量场能量将非常少。克劳斯和邓特发现它的数量级将与观察到的暗能量的数量级相同。

  “它首次显示产生这种小规模的能量并非异常现象,这在粒子物理学里是无法解释的。” 克劳斯说道。维尔切克表示,尽管它提供了产生我们观察到的暗能量相同数量的方式,但它并没有解释粒子理论里预测的其它能量。

  “这是你买什么与以多少钱买的问题。它并没有为你提供一个大问题的答案,也就是这么多事物是如何互相抵消为零的。如果这个理论是对的,那非常了不起。如果它是错的,我认为没有人会特别沮丧。”

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