物质与反物质为何不对称？答案或在引力波

现有的大爆炸理论认为我们所在的宇宙起源于138亿年前的大爆炸。然而，这一理论还认为，大爆炸产生了等量的物质和反物质，正负物质相遇时会相互湮灭，使一切消失。

但是宇宙中所有的东西都存在。他们之间发生了什么奇怪而曲折的故事？美国、日本和加拿大的科学家最近提出了一个新理论，认为早期宇宙的相变导致中微子衰变成更多的粒子(比反粒子多)，导致正负物质数量的偏差。这种相变还会产生“宇宙弦”，产生引力波。探测这些引力波可能会揭示正负物质不对称的秘密。

对此，中国科技大学物理学院的天文学教授蔡义夫告诉《科学日报》:“即使观测到宇宙弦产生的引力波，也可能需要许多条件来进一步证实上述观点。然而，这为解决正负物质不对称的难题提供了一条新的途径

中微子“站起来”

现代宇宙学的大爆炸理论认为，在大爆炸开始时，宇宙产生等量的物质和反物质。如果“阴谋”继续这样下去，物质和反物质最终将“面对面”并相互湮灭。

但事实上，我们生活的宇宙充满了恒星和各种物质，这与上述理论相矛盾。因此，为了让宇宙存在，少量的反物质必须转化为物质，以使正负物质的数量不平衡。科学家认为，只有比反物质多十亿分之一的物质才能使宇宙存在。

但是这种正负物质之间的不平衡是何时以及如何发生的呢？这仍然是一个未解之谜，也是宇宙中最大的谜团之一。“这个问题很难回答，”加州大学伯克利分校的博士后研究员杰夫·德罗说。

因为物质和反物质带相反的电荷，除非它们是电中性的，否则它们不会相互转化。中微子是迄今为止我们所知的唯一电中性粒子。科学家们对它们寄予厚望，认为它们是完成这一神圣使命的“唯一选择”。

目前，已知存在三种中微子:电子中微子、μ子中微子和τ中微子。然而，一些科学家认为可能有第四种中微子:惰性中微子。

一些科学家还认为，宇宙在膨胀后发生了相变，这导致早期宇宙中产生的惰性中微子衰变为更多的粒子(比反粒子多)，从而“重组”了物质和反物质的数量。

加拿大粒子物理和核物理实验室(TRIUMF)的最新研究合作者和博士后研究员格雷厄姆·怀特(Graham White)说:“当宇宙的温度是今天宇宙中最热的地方的1012-1024倍时，中微子的‘行为’可能确保宇宙的存在。”

引力波“曲线救国”

那么，如何检测这些惰性中微子呢？

研究人员表示，目前科学家无法直接观察惰性中微子，因为通过实验产生惰性中微子需要比大型强子对撞机强得多的粒子加速器，因此只能用间接方法来探测宇宙弦产生的引力波，或者用“曲线救国”的方法。

“早期宇宙中的这种相变可能创造了宇宙弦，这本质上是空间和时间的拓扑缺陷，”该论文的合著者、东京大学宇宙物理和数学研究所的首席研究员村山瞳说。

蔡义夫向《科技日报》记者解释道:“相变在我们的日常生活中很常见，例如，水结冰，铁磁体变顺磁性等。我们宇宙经历的历史是一部不断相变的热膨胀史。在这个过程中，产生了基本粒子，基本粒子浓缩成元素，最终与我们看到的熟悉的物质结构结合在一起。”

蔡义夫进一步指出:“相变过程伴随着能量的释放，宇宙弦是宇宙发生相变时能量释放形成的能量结构，与当时宇宙大小的弦相同。”

柔佛和村山瞳等人认为，随着这些宇宙弦的不断演化，将会产生引力波，并且产生的引力波的频谱与黑洞和其他天体物理源产生的引力波的频谱完全不同。未来的引力波观测站，如将于2020年中期发射的“平方公里阵列”(SKA)，将于2034年发射的欧洲航天局“空间天线激光干涉仪”(LISA)，以及日本宇宙开发厅的赫兹干涉引力波观测站(DECIGO)，可能能够探测到这些引力波。

研究人员表示，发现这些宇宙弦产生的引力波还有其他用途，比如发现宇宙弦产生的高能中微子，以及更准确地确定已知中微子的质量。

蔡义夫回应说:“宇宙弦产生引力波并非偶然，但我们还没有幸运地找到它们的‘美丽图像’。此外，即使我们探测到宇宙弦，它们的产生机制也不是唯一的，我们需要确认它们背后的相变过程来证实上述观点。”

此外，蔡义夫强调:“如果宇宙弦带电，多信使天文探测方法，如快速射电爆发观测，可以用来检查这些超导宇宙射线，从而更立体和更清楚地区分宇宙相变的“线索”