遥远星系中的这种元素，能解答我们的存在之谜？

Arcman · 发表于 2023-9-16 11:56

遥远星系中的这种元素，能解答我们的存在之谜？

Burns 原理 2023-08-19 05:30

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我们所知的宇宙始于138亿年前的大爆炸。理论上，大爆炸之后应该产生了相同数量的物质和反物质。我们知道，当物质与反物质碰撞时，它们会湮灭只留下能量。这就意味着，如果理论是正确的，那么物质将与反物质完全湮灭，使宇宙只剩下能量。但很显然，这没有发生，否则我们今天就看不到由物质构成的星系、恒星、行星，更不用说我们了。

那么，究竟是什么导致了物质和反物质之间的不对称性？这是物理学最大的谜团之一。在近期的一项研究中，一组研究人员发现，对遥远星系中氦的含量与类型的新的测量，或许能为解答这个长久以来的谜团提供思路。

宇宙大爆炸之后

在大爆炸的几微秒后，我们熟悉的质子和中子首先被创造出来。不久后，氢和氦等轻元素的原子核开始形成，这个过程被称为大爆炸核合成。今天，氢和氦仍然是宇宙中最丰富的元素，它们是恒星的主要成分。在形成的原子核中，有75%是氢原子核，24%是氦原子核，还有少量较重的原子核。

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（图/原理）

根据物理学界最广泛接受的关于这些原子核形成的理论，基本粒子中微子和反中微子在形成氦原子核的过程中发挥了重要作用。

氦在早期宇宙中的形成分两步进行。首先，在一系列与中微子和反中微子有关的过程中，相互转化。接着，随着宇宙冷却，这些转化过程就会停止，质子与中子便以一定的比例确定了下来。

理论物理学家可以通过创建模型来测试在早期宇宙中，中微子与反中微子的相对数量会如何影响质子与中子的比例。如果有更多的中微子，那么模型就会显示出更多的质子和更少的中子。

氦是由两个质子和两个中子组成的，而氢只有一个质子，没有中子。所以早期宇宙中的可用中子越少，产生的氦就越少。

直至今日，科学家仍可以探测到在大爆炸核合成过程中形成的原子核。因此，他们可以推断出有多少中微子和反中微子存在于早期宇宙中。而这一点可以通过观测富含氢和氦等轻元素的星系来实现。

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在一系列高能粒子碰撞中，如氦等元素在早期宇宙中形成了。图中的D代表具有一个质子（p）和一个中子（n）的氢同位素——氘，γ表示光子。在图中所示的一系列链式反应中，质子和中子聚变成氘，然后氘核又聚变成氦核。（图/原理）

氦的线索

去年，日本科学家发布了由昴星团望远镜收集的10个星系的数据，这些星系距离我们非常遥远，而且几乎完全都由氢和氦组成。

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