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中子衰變難題40年,逼出了“鏡像平行宇宙實驗”

報道中的主角利婭•布魯薩爾(Leah Broussard)在著名的橡樹嶺國家實驗室研究中子物理。中子,就是幾乎所有原子核里都存在的那種不帶電的粒子。它有一種奇特的性質(zhì),在原子核里它性質(zhì)很穩(wěn)定,可以長期存在,雖然有時候也不老實,會發(fā)生衰變,從中子變成質(zhì)子,順便扔出來一個電子和一個中微子(讓楊、李替華人拿到第一個諾貝爾獎的,就是這樣一種核衰變)。

可如果中子一旦獲得了自由,它們立即進入衰老期,發(fā)生衰變,每過大約15分鐘就會損失一半(這個時間叫做“半衰期”)。

問題就出在對自由中子“大約15分鐘”的精確測量里。中子物理學家們有兩種方法來測量它,一種方法是將它們隔離在一個“瓶子陷阱”中,讓它安靜地待著,自由衰變,過一定時間后在數(shù)一數(shù)剩余的數(shù)量;另一種方法是從核反應堆里取出一束奔跑的中子,在奔跑路線上設卡計數(shù),數(shù)中子衰變之后產(chǎn)生的質(zhì)子數(shù)??蛇@兩種方式得到的半衰期結果總是大同小異——前者為14分39秒,后者為14分48秒。也就是說,大約900秒的時間,兩個結果差了9秒鐘。

無論是原子彈誕生地的科學家,還是其他國家的科學家們,無數(shù)次重復這兩類實驗,差異總是存在——不是哪個科學家粗心弄錯了,或者是實驗儀器的問題。40年來,中子物理學家們絞盡腦汁想弄清楚,究竟是哪里出了問題導致這種結果不一致——無論是牛頓還是愛因斯坦都向我們拍著胸脯保證過,無論是安靜的、還是奔跑的粒子,它們的規(guī)律應該是一樣的啊。

就像在科幻故事里那樣,面對在我們這個世界,按照嚴謹?shù)目茖W邏輯打死都無法圓上的“情節(jié)”,橡樹嶺國家實驗室的利婭•布魯薩爾和同事們被迫祭出了科幻作家常用的法寶:平行時空,而且是鏡像的。

這個解釋就是,可能真的存在鏡像平行宇宙,在奔跑的中子束里有1%的中子,擁有穿越到鏡像平行宇宙的能力,它們也發(fā)生了衰變,只是不是在我們這個宇宙發(fā)生的,那些衰變出來的質(zhì)子就丟了,觀測結果就“顯得”半衰期長了一些。(這個猜想,是在2012年一篇論文里提到的。)

實驗尚未展開,結果并不樂觀

怎么證明“中子穿越到了鏡像平行宇宙”呢?布魯薩爾的實驗設計看起來有些“異想天開”:她設想的是讓中子重新穿越回來。為此,要設置一堵厚墻,這堵墻是我們這個宇宙里的中子無論如何無法穿透的。

可按照“鏡像平行宇宙”假設,那一束奔跑的中子束里,有些中子無須陷在墻里,在其他中子迎頭撞墻,陷落在墻里的時候,它們到另一個宇宙去逛了一圈,相當于繞過了墻,然后穿越回來,出現(xiàn)在了墻后面。

所以,科學家們的想法是在墻后面設置探測裝置,抓住這些利用鏡像平行宇宙成功翻墻的“狡猾”中子。這樣一來,兩種測量中子半衰期的實驗就可以獲得一致結果了。

不過目前來說,做出任何評價都還為時過早。因為這個實驗設想雖然完成了,何時開展還需要等待另一個前期實驗的結果分析。而主持那個實驗、還在分析數(shù)據(jù)的科學家說:“盡管得到任何成果的可能性都很小,但這是一次簡單且并不昂貴的實驗,如果一場物理學革命中可能會產(chǎn)生好的結果,那么我們必須嘗試。”

聽聽,取得成功的“可能性很小”,那么為什么還要做這些實驗呢?因為“簡單且并不昂貴”。也就是說,因為中子物理學家們對這個問題已經(jīng)探索了40年,結果絕望地發(fā)現(xiàn),其似乎在我們這個宇宙里根本找不到答案,所以,那些帶有科幻色彩的想法就進入了科學家們的視野。又因為成本實在便宜,這樣腦洞大開的設想才可能被付諸實施。

也就是說,它可能是一次改變科學進程的偉大實驗,但概率實在太小,更可能是若干年后我們開科學家們的玩笑才會想起來的趣聞而已。(綜合媒體報道)

責任編輯:楊林宇

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