反物質去哪?發現新物理線索。本校團隊參與貝爾實驗 找到標準模型難以解釋的現象,登上自然期刊。

台灣大學高能物理團隊參與的貝爾(Belle)國際合作實驗,發現一個物理學界公認標準模型難以解釋的新現象,極可能是解釋為什麼宇宙反物質不見了的線索,甚至是新物理學出現的徵兆。

這篇論文在最新的「自然」(Nature)發表,也是日本主導的貝爾實驗第一次有論文刊登在這個知名期刊上。

宇宙物質反物質的理論曾出現在美國作家丹布朗暢銷小說「天使與魔鬼」中,團隊成員台大物理系教授張寶棣說,如果宇宙是藉大爆炸發生,創始之初會產生等量的物質與反物質,但物質與反物質相遇必然湮滅成光,宇宙就會消失,但奇妙的是,反物質不見了,所以宇宙可以存在,但反物質到哪裡去了?

所以近幾十年,找出反物質不見的發生機制,成了國科學界的尖端課題。

「天使與魔鬼」中,女主角與父親製造出反物質,因會湮滅物質,破壞力極強,成為爭奪的目標。但這項理論已實際應用在醫學上,台大物理系教授侯維恕說,現在正子造影就是利用電子的反粒子,湮滅人體內的電子產生光的原理做身體的影像檢查。

張寶棣說,目前解釋宇宙反物質消失的理論,就是物質和反物質基本性質有些許不同,稱為「電荷宇稱破壞」,但若用當代基本粒子物理學的標準模型解釋,解釋力還差一百億倍,因此高能物理學家都想發現超越標準模型的新物理。

研究團隊將正負電子對撞後,產生出B介子,B介子衰變到一個K介子和一個p介子的管道中,帶電B介子和中性B介子衰變的電荷宇稱破壞有明顯的差異,違反原來理論上的預期,標準模型難以解釋。

張寶棣說,目前有理論物理學家認為,這個發現可能只是標準模型中強作用力導致;也有人認為可能是未知的新物理造成。美國史丹福大學BaBar實驗也有類似的發現,但是數據量不夠多,偵測也不夠精準,因此還是貝爾實驗領先。

侯維恕指出,「這個發現是新契機」,雖然現在還不足以解釋反物質到哪裡去了,只是找到蛛絲馬跡,但很有機會可以提供線索解開這個謎。

【2008-03-28/聯合報/A10版/生活】

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最後修改日期:2020 年 5 月 18 日