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宇宙間可能潛藏的5種神秘粒子(組圖)
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qqonqq
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2014-5-5 06:36 AM
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宇宙間可能潛藏的5種神秘粒子(組圖)
希格斯玻色子的發現證實了標準模型的正確性，標誌着粒子物理學領域的一個重要里程碑。不過，科學家們對宇宙和世間萬物的追尋和拷問遠遠沒有結束，他們希望，大型強子對撞機（LHC）和未來的大型設備能夠發現宇宙中潛藏着的一些新粒子，從而跳出標準模型的窠臼，讓我們對宇宙有更多更深刻的了解。
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美國趣味科學網站為我們列出了宇宙間可能潛藏的這5種神秘粒子，從引力子到非粒子等。
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1.超膠子、W微子和超光子
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如果“超對稱性（supersymmetry）”理論是正確的，那麼，可能有超過一打粒子“養在深閨人未識”，等着我們去發現，因為該理論認為，迄今為止科學家們已經發現的每個粒子都擁有一個與其對應的隱藏着的質量更大的超級“夥伴”粒子。
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標準模型認為，存在着兩類基本粒子：玻色子和費米子。玻色子是粒子間相互作用力的使者，傳遞這種相互作用力，包括膠子和引力子等；而費米子是組成物質的基本載體，包括夸克子、電子和“幽靈般”的中微子等。
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根據超對稱性理論，每種費米子都同一種玻色子配對，反之亦然。因此，膠子（一類玻色子）會有超膠子（gluinos，一種費米子）、W粒子會有超W粒子（Winos）、光子會有超光子（photinos）分別來與之配對；依此類推，希格斯粒子會有一個名為“超希格斯粒子（Higgsino）”的粒子來與之配對。
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理論總是很美好，然而，不幸的是，對超對稱性理論的擁躉來說，迄今為止，LHC還沒有發現任何上述神秘粒子的“蛛絲馬跡”。美國哥倫比亞大學的數學物理學家彼得·沃特就曾經指出，這或許表明，這些粒子很可能只是傳說，或許根本就不存在，超對稱性理論可能存在錯誤。
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有例為證。2012年，物理學家們發現了一種極為罕見的粒子：由底夸克（用符號B表示）和奇異夸克（用符號S表示）組成的B—S介子，這種粒子由大質量底夸克和一個奇異夸克在強相互作用下束縛在一起構成，壽命極短。在地球上，很難採用常規方法找到這一粒子，但當兩個質子以接近光速發生碰撞后的一瞬間，這一粒子可能會出現，然後發生衰變，煙消雲散。科學家們觀察到它們的幾率與標準模型吻合，這意味着，任何超對稱粒子如果存在的話，其將不得不比科學家們最初希望的要重得多。
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超對稱性理論的另一個缺陷在於，大約存在着105個“自由參數”，這意味着物理學家們並沒有很好地限定新發現粒子的尺寸和能量範圍，所以，他們對於在何處以及如何找到這些粒子自然也是一頭霧水。
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2.超中微子
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超對稱性理論也認為，名為“超中微子(neutralinos)”的不帶電的特殊粒子可以解釋佔據宇宙大部分物質密度的暗物質。暗物質無法直接觀測得到，只能通過其對物質的引力拉動作用來探測。美國印第安納大學的物理學家波林·蓋格諾表示，在超對稱性理論中，除了超膠子之外，其他攜帶力的粒子混合在一起可能會製造出超中微子。
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科學家們表示，超中微子可能在早期炙熱的宇宙中形成，而且，為我們留下了足夠多的線索來解釋暗物質的存在。
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伽馬射線和中微子望遠鏡將在宇宙間充滿了暗物質的地方（諸如太陽或星系核心）搜尋這種神秘粒子的“芳蹤”。實際上，2013年，物理學家們做出了一個重大的發現：國際空間站的一個粒子收集器或許已經發現了暗物質的證據，但科學家們沒有公布細節。
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3.引力子
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引力子和引力波的物理特性讓晚年時期的愛因斯坦困惑不已，不僅如此，它也成為很多物理學家們心頭的“一根刺”。愛因斯坦和物理學家們一直在孜孜不倦地為自然界中的物質和力創造一種“大一統理論”，其既能揭示微觀世界中力的作用規律；也能闡釋宏觀世界中力的活動定律。不過，這種“統一夢”一直沒有照進現實。愛因斯坦的相對論很好地解釋了引力，卻難以解釋量子粒子的行為；而粒子物理學很好地揭示了粒子的行為，卻無法有效地對引力作出解釋。
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因此，有些物理學家提出用名為“引力子（gravitons）”的量子引力粒子來解決這個問題。引力子很小，沒有質量，主要作用是釋放出引力波。從理論上而言，每個引力子會對宇宙中的物質施加拉力，但因為這種粒子與物質間的相互作用力非常微弱，所以，使用目前的技術不可能直接探測到這種隱藏粒子的蹤跡，不過，使用諸如美國加州理工學院和麻省理工學院聯合進行的激光干涉引力波觀測站（LIGO）這樣的工具能間接揭示引力子的存在。
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激光干涉引力波觀測站（LIGO）或能間接揭示引力子的存在
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4.非粒子
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2013年，科學家們發現了一種奇異粒子的蛛絲馬跡，他們將這種“翩若驚鴻，婉若游龍”的詭異粒子稱為“非粒子（unparticle）”。這種粒子能攜帶自然界中除了萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力之外的“第五種力”，也就是遠距離範圍內兩個自旋粒子之間的相互作用。在小尺度上，自旋粒子之間的相互作用非常普遍，正是這種相互作用讓磁鐵和金屬內電子的自旋方向成一條直線。然而，自旋粒子之間更長距離的相互作用則非常難以捕捉。如果這種力確實存在，它將僅為電子和中子之間相互作用的百萬分之一。
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物理學家們正在深入地幔內部搜索這種非粒子，在地幔深處，數噸電子緊密地簇擁在一起，與地球的磁場成一條直線，這種現象出現任何微小的擾動都可能揭示非粒子的跡象。
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物理學家們正深入地幔內部搜索非粒子
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5.“變色龍”粒子
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物理學家們也提出一種更飄忽不定的粒子：變色龍粒子，其質量可能會不斷發生變化。如果這種粒子確實存在，那麼，它或許會成為打開暗物質和暗能量之迷宮的“鑰匙”。
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2004年，物理學家們描述了一種假象中的力，其能隨周圍環境而發生變化：在那些粒子緊密簇擁在一起的地方，比如地球或太陽上，這種變色龍粒子僅僅施加弱作用力；而在那些粒子比較鬆散的地方，其會施加強作用力。這或許意味着，在早期宇宙物質分佈緻密的環境中，它以微弱的形象出現；後來隨着時間的推移，星系從宇宙中心慢慢向外擴展，其變得越來越強大。
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為了找到這種“來無影、去無蹤”的力，物理學家們需要發現變色龍粒子存在的證據。迄今為止，這種搜尋工作仍然一無所獲，但科學家們並不死心，相關實驗仍在有條不紊地進行着。
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