寻找原初反物质

[ 录入者:zhoumeichun | 时间:2008-11-05 13:29:01 | 作者: | 来源: | 浏览:1831次 ]

原文标题:Searching for Primordial Antimatter

原文来自:NASA   Posted: 2008. 10. 30

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。)

科学家正在搜寻极早期宇宙留下的 反物质踪迹。 使用NASA的 钱德拉X射线天文台与康普顿伽玛射线天文台的 数据得出的 新结果表明,搜寻工作可能会变得更加困难。

反物质由基本粒子组成,每种粒子与对应的 物质粒子(质子、中子与电子)质量相同,但电荷与磁性却正好相反。当物质与反物质粒子碰撞时,它们会彼此发生湮灭,根据爱因斯坦著名的 方程 E=mc2 产生能量。

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子弹星 系 团(Bullet Cluster)的 合成图。(图片提供:X射线:X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.;可见光:NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.)

根据大爆炸模型,大爆炸后不久的 宇宙淹没于物质与反物质粒子之中。大多数物质都发生了湮灭,但是因为物质比反物质稍微多一点(比例小于十亿分之一),所以最终只有物质留存了下来。

据信,少量的 反物质可以经由剧烈的 现象而产生,如黑洞与脉冲星 产生的 相对论性喷流。但迄今也没有发现宇宙的 幼年留存下来的 反物质。

原初的 反物质怎样才能够保留下来呢?大爆炸之后,据信有一段叫做暴涨的 非常时期,那时的 宇宙在几分之一秒内就以指数形式疯狂地膨胀。

研究的 主持者、俄亥俄州立大学的 Gary Steigman说:“在暴涨之前,如果物质与反物质团块比邻而居,现在它们之间的 距离可能会大大超过可观测宇宙的 尺度,因此我们从来不会遇到它们。但它们分离的 尺度可以是比较小的 ,譬如是超星 系 团或星 系 团的 尺度,这种可能性更有意思。”

在这种情况中,两个星 系 团 — 宇宙中尺度最大的 自引力系 统 — 之间的 碰撞可能会暴露出反物质的 踪迹。X射线辐射表明了参与碰撞的 热气体数量。如果任何一个星 系 团中的 气体包含反物质粒子,它们就会发生湮灭,会有伽玛射线伴随X射线而来。

Steigman使用来自钱德拉与康普顿的 数据研究了所谓的 子弹星 系 团,这里有两个大型星 系 团以极高的 速度互相碰撞。由于其距离相对较近,而且侧向地球,子弹星 系 团是搜寻反物质信号的 绝佳测试场。

Steigman说:“这是迄今用于测试反物质的 最大尺度结构。我会去寻找是否有什么包含大量反物质的 星 系 团。”他的 论文已发表在《宇宙学与粒子天体物理学报》上。

结合钱德拉观测到的 X射线辐射量,以及在康普顿的 数据中没有伽玛射线的 事实,说明子弹星 系 团中的 反物质比例小于百万分之三。而对子弹星 系 团并合的 模拟表明,这些结果在大于6500万光年的 尺度上排除了反物质的 大量存在,这是根据两个互撞的 星 系 彼此的 初始间距估算而得的 。

Steigman说:“物质与反物质之间的 碰撞是宇宙中最有效的 产能方式,但它可能只是不会在非常大的 尺度上发生。但我还没有放弃,我正在计划研究另一个新近发现的 星 系 团的 碰撞。”

在宇宙中寻找反物质可能会告诉科学家暴涨过程的 持续时间。Steigman说:“虽然这是个高风险的 赌注,这一实验倘或成功,就会告诉我们很多关于宇宙最早期的 事情。”

通过研究最近并未发生大规模碰撞的 单个星 系 团,Steigman对小尺度反物质的 存在提出了更严苛的 限制。

康普顿伽玛射线天文台于1991年至2000年间在轨,2000年安全脱离轨道。这一结果所用的 数据来自康普顿的 高能伽玛射线望远镜EGRET。阿拉巴马州亨茨维尔的 NASA马歇尔太空飞行中心为华盛顿的 NASA科学任务理事会管理着钱德拉计划。史密松天体物理天文台在马萨诸塞州坎布里奇控制着钱德拉的 科学任务以及飞行状态。

关于此项发现的 更多信息与图片,请访问:http://chandra.harvard.edu/

(全文完)

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责任编辑:zhoumeichun

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