镜像宇宙也许和我们所处的这个宇宙一样真实,但几乎毫无联系

作者: 日期:2020-01-23 19:14:35

在田纳西州东边的橡树岭国家实验室里,物理学家莉娅·布鲁萨德(Leah Broussard)正尝试打开一个通往平行宇宙的传送门。

而这个将她引领向“镜像物质”的现象被她称作是“振荡”,但其实这与所谓的传送门的想法在原理运作上是相同的。在她计划于今年夏季在橡树岭进行的一系列实验中,布鲁萨德会发射一道亚原子粒子束到50英尺(约15.24米)长的隧道中,经过一个强磁场,最后撞到一堵粒子束无法通过的墙上。如果实验步骤准确无误,而宇宙又愿意配合的话,那么粒子束当中的一些粒子将会转化为镜像版本的粒子,并由此得以穿墙而出。要是结果果真如此,布鲁萨德发现的便将是证明与我们紧密联系的镜像世界实际存在的第一个证据。

“这确实挺疯狂的,”布鲁萨德这样评价自己不可思议的探索历程。

假设镜像世界存在,它将拥有独立的镜像物理法则以及镜像宇宙历史,只不过你不会在其中找到一个镜像版本的自己(这里也没有蓄着山羊胡须的邪恶史巴克——抱歉了,星际迷航的粉丝们)。但现有理论认为,你仍有可能会在那里发现镜像原子和镜像石块,甚至是镜像植物和镜像星体等等。这些镜像物质可以共同构成一个完整的镜像世界,就和我们的宇宙一样真实存在,但却几乎无法与我们的宇宙产生联系。

图中为物理学家莉娅·布鲁萨德

——莉娅·布鲁萨德在橡树岭国家实验室里研究亚原子,这里也是她寻找镜像物质的地方。

布鲁萨德说她寻找镜像宇宙的初步实验并不会特别困难。“实际上它很简单,我们只是用橡树岭现有的设备和资源,把附近的物质凑到一起去,”她讲道。但哪怕她明确检测到只有一个镜像粒子的存在,也能证明可观测宇宙也不过只占了世界一半的部分罢了——且已知的物理法则也不过只是一套更丰富的规则内的一部分。

“假如你真的发现了这样新奇的事实,游戏规则就彻底改变了,”布鲁萨德说。

震惊物理界的短短十秒钟

正如过往科学界的种种伟大探索历程一样,一些小而看似深奥难解的问题也随着人们对镜像物质的研究深入而逐渐浮现。在20世纪90年代,物理学家为了研究中子——一种于原子核内部发现的粒子,是如何分解[1]为质子的这种与放射性相关的现象而设计了高精度实验。然而实验结果却出乎他们的意料。

研究员发现粒子束中生成的中子,也就是布鲁萨德的实验对象之一,在它们“衰变”[2]而生成质子之前的平均用时为14分48秒。但某一实验室存储的中子的衰变过程却稍稍要快一些,它们用了14分38秒。

十秒钟看上去并不长,但实际上这个数字应为0:因为所有中子完全一致,且它们的行为是与实验地点、实验方式毫无关联的。

“我对待实验差异是很认真的,”本杰明·格林斯坦(Benjamin Grinstein),一位来自圣地亚哥的加州大学粒子物理专家这样说。“这已经不仅关乎到这两个实验,还关系到不同组织分别独立完成的许多次实验。”原本以为能够解决这种争论的最新实验却“只不过是让事情变得更糟了,”他补充道。

格林斯坦试图确定另一种可能性,即中子的分解产物不仅是质子还有其他粒子,但至今仍一无所获。镜像物质的理论则提供了更精细,或许还有点怪异的解释。

十年前,俄罗斯彼得堡核物理研究所的阿纳托利·塞雷布罗夫(Anatoli Serebrov)提出了普通的中子会穿越进镜像世界并转化为镜像中子的说法。这时我们便没法再检测到它们的存在——看上去就像是某些中子单纯地消失了。“但这样解释的话,中子的寿命就说不通了,”布鲁萨德说道,因为假如事实如此,那么在实验进行时,某些中子便会处于从实验仪器中“正在消失”的状态。

而将上述各种线索连接在一起之后,你便可以得到接近事实真相的答案:这些有关中子的实验之所以看上去有些不靠谱,正是因为物理学家们在不经意间开启了通往镜像世界的传送门。

镜子的另一端

布鲁萨德的实验目标便是要确认镜像世界是否存在;若答案是肯定的,就去找出可以准确打开“传送门”的方法。这时,就轮到她的中子束和不透墙上场了。

橡树岭国家实验室里的85兆瓦功率核反应堆可以根据需求发射出数十亿粒中子,所以实验原材料的准备不是问题。困难只在于找出让部分中子“穿越”到镜像世界的方法,然后向她那些颇具怀疑精神的同事(以及她自己)证明中子确确实实穿越了。

图中为橡树岭国家实验室中的莉娅·布鲁萨德。

该实验大致会持续一天。数据收集和错误排查则将另外花费几周的时间。布鲁萨德将要寻找的重大线索呈现者——便是那些成功变为镜像中子,透过本不可穿越的障碍,并且得以返回我们这个世界的中子。“问题就在于:我们真的能够让中子穿透一堵墙吗?”她说道。而根据常规物理法则,“我们不应看到任何中子(穿透过去)”。但假如某些中子真的穿透过去了,那么传统物理学就将被证明是错误的,镜像世界则是真实存在的。

与此同时,在苏黎世的瑞士保罗谢勒研究所内,克劳斯·基尔希(Klaus Kirch)正在进行一项与该实验互补的另一项实验。他的计划是捕获缓慢移动的中子,并用磁场轰击它们,接着,通过比较前后中子个数的差异来证明这些粒子是否还处在原位。“若一些中子经振荡而转化成为了镜像中子,它们就会从我们的仪器中消失,”他解释。基尔希的团队已经开始了这项实验,并且希望在今年夏末就能分析完实验结果。

尚未触及的远方

除去两者理念上的简单之处,布鲁萨德与基尔希的实验都是极其精密复杂的项目,鉴于它们都依赖几十亿美金来研究一些亚原子粒子的异常行为。其他研究人员也认为或许还有能够证明镜像世界存在的更有力证据尚未被发现。此刻我们可能正望着镜像世界,在我们头顶上蓝天的每一个角落。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. Corey S.Powell- Kori

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