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科学家发现质子质量比预想更轻,或破解反物质之谜

北极蚊子 2017-7-6 17:39

科学家们预计可见宇宙中物质总质量在10^53公斤以上,这个数字是如何估算出来的呢?

由于宇宙在大尺度上是各向同性的,每个区域差不多拥有同样多的星系和恒星,科学家们因而可以估算出整个可见宇宙范围内究竟有多少颗恒星。而恒星都是由质子、中子和电子构成的,由于电子质量小得多,完全可以忽略不计,而质子和中子质量又差不多,所以只需算出可见宇宙中有多少颗质子,就能根据单个质子的质量,估算出宇宙的总质量是多少了。

所以,质子的质量是一个重要的常数,一直是用来计算其它物理性质的公认标准。但现在,来自德国亥姆霍兹重离子研究中心的一个国际研究团队,开发出一种新的高精度测量质子质量的方法,发现质子的质量比以前预测的数据要轻一些,我们的宇宙是不是要来个大瘦身了?

在这个试验中,研究人员向一个被选定的目标原子发射出一束电子,将质子释放出来,并将它隔离到彭宁离子阱中。彭宁离子阱是一个可以储存带电粒子的装置,通过电场和磁场将粒子约束在阱中进行科学研究。质子在彭宁离子阱中做圆周运动,科学家们通过测量它的速度来计算它的质量,得出了一个极为精确的数字:1.007276466583(15)(29)原子质量单位,括号里的15代表统计上的不确定性,29代表了系统的不确定性。这不禁让人颇为担心,质子的质量比我们预想的要轻,会不会对我们的宇宙和物质世界产生重要影响呢?

好吧,其实有点想多了,不管质子质量是多大,宇宙都得勉为其难地过下去。况且这个数值只比原来估计的小300亿分之一,不可能影响到宇宙的总体质量,担心得睡不着觉的朋友现在可以心疼地数一下你掉了多少根头发了。科学家称该技术比迄今为止使用的其它装置强大3倍,他们正在努力将其提高到6倍,希望更精确地测定质子的质量。

倒是通过对质子和其它粒子更精确的观察,科学家们或许可以解释一些困扰物理学已久的大问题,比如为什么质子的半径比理论上要小一些?为什么宇宙中没有反物质?质子和反质子之间究竟有没有差异?这项研究发表在预印网站arXiv上。

论文:https://arxiv.org/pdf/1706.06780.pdf

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