概念说明
1930年,P.狄拉克提出了反物质的概念。在微观物理研究领域,电荷共轭对称性表明,每个粒子都存在着一个反粒子,如电子的反粒子是正电子,质子的反粒子是反质子。粒子与反粒子的质量相同但守恆量子数相反,两者相遇会发生剧烈的湮没反应生成能量量子。如果这种对称性在宇观世界是根本的,将会存在着由反质子、反中子和正电子构成的反物质。然而至今在浩瀚的宇宙空间还没有找到反物质。物理学家通常用
η=(nB-nβ)/nγ
来定义物质与反物质不对称的度量。其中nB和nβ分别为重子和反重子的数密度,nγ为光子的数密度,大约为400厘米-3。宇宙早期核合成理论和宇宙微波背景辐射的研究给出η≈10-10。
条件和机制
1967年苏联科学家A.萨哈罗夫给出了在宇宙演化过程中动力学产生正反物质不对称(Baryogenesis)所需要的三个条件。①重子数需不守恆。②C和CP对称性的破坏(C不对称是粒子反粒子不对称,CP不对称是粒子反粒子、左和右联合的不对称)。③脱离热平衡。粒子物理标準模型中,这三个条件都可满足,但定量计算表明,标準模型给出的正、反物质不对称η远远小于10-10。主要原因是卡比玻–小林–益川(CKM)机制给出的CP破坏量不够。由此,正、反物质不对称疑难的研究促进了对超出标準模型新物理机制的探讨。现已提出的有大统一机制、扩充的弱电相变机制、Affleck-Dine机制等。
实验结果
近年来,由于中微子振荡实验结果肯定中微子有质量,轻子数不对称的产生机制(leptogenesis)备受关注。标準模型中重子数和轻子数可分别不守恆但二者之差是守恆的,这样产生的轻子数不对称转化为重子数不对称是可能发生的机制。但最终答案有待进一步探讨。












