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中子衰变难题40年,逼出了“镜像平行宇宙实验”

报道中的主角利娅•布鲁萨尔(Leah Broussard)在著名的橡树岭国家实验室研究中子物理。中子,就是几乎所有原子核里都存在的那种不带电的粒子。它有一种奇特的性质,在原子核里它性质很稳定,可以长期存在,虽然有时候也不老实,会发生衰变,从中子变成质子,顺便扔出来一个电子和一个中微子(让杨、李替华人拿到第一个诺贝尔奖的,就是这样一种核衰变)。

可如果中子一旦获得了自由,它们立即进入衰老期,发生衰变,每过大约15分钟就会损失一半(这个时间叫做“半衰期”)。

问题就出在对自由中子“大约15分钟”的精确测量里。中子物理学家们有两种方法来测量它,一种方法是将它们隔离在一个“瓶子陷阱”中,让它安静地待着,自由衰变,过一定时间后在数一数剩余的数量;另一种方法是从核反应堆里取出一束奔跑的中子,在奔跑路线上设卡计数,数中子衰变之后产生的质子数。可这两种方式得到的半衰期结果总是大同小异——前者为14分39秒,后者为14分48秒。也就是说,大约900秒的时间,两个结果差了9秒钟。

无论是原子弹诞生地的科学家,还是其他国家的科学家们,无数次重复这两类实验,差异总是存在——不是哪个科学家粗心弄错了,或者是实验仪器的问题。40年来,中子物理学家们绞尽脑汁想弄清楚,究竟是哪里出了问题导致这种结果不一致——无论是牛顿还是爱因斯坦都向我们拍着胸脯保证过,无论是安静的、还是奔跑的粒子,它们的规律应该是一样的啊。

就像在科幻故事里那样,面对在我们这个世界,按照严谨的科学逻辑打死都无法圆上的“情节”,橡树岭国家实验室的利娅•布鲁萨尔和同事们被迫祭出了科幻作家常用的法宝:平行时空,而且是镜像的。

这个解释就是,可能真的存在镜像平行宇宙,在奔跑的中子束里有1%的中子,拥有穿越到镜像平行宇宙的能力,它们也发生了衰变,只是不是在我们这个宇宙发生的,那些衰变出来的质子就丢了,观测结果就“显得”半衰期长了一些。(这个猜想,是在2012年一篇论文里提到的。)

实验尚未展开,结果并不乐观

怎么证明“中子穿越到了镜像平行宇宙”呢?布鲁萨尔的实验设计看起来有些“异想天开”:她设想的是让中子重新穿越回来。为此,要设置一堵厚墙,这堵墙是我们这个宇宙里的中子无论如何无法穿透的。

可按照“镜像平行宇宙”假设,那一束奔跑的中子束里,有些中子无须陷在墙里,在其他中子迎头撞墙,陷落在墙里的时候,它们到另一个宇宙去逛了一圈,相当于绕过了墙,然后穿越回来,出现在了墙后面。

所以,科学家们的想法是在墙后面设置探测装置,抓住这些利用镜像平行宇宙成功翻墙的“狡猾”中子。这样一来,两种测量中子半衰期的实验就可以获得一致结果了。

不过目前来说,做出任何评价都还为时过早。因为这个实验设想虽然完成了,何时开展还需要等待另一个前期实验的结果分析。而主持那个实验、还在分析数据的科学家说:“尽管得到任何成果的可能性都很小,但这是一次简单且并不昂贵的实验,如果一场物理学革命中可能会产生好的结果,那么我们必须尝试。”

听听,取得成功的“可能性很小”,那么为什么还要做这些实验呢?因为“简单且并不昂贵”。也就是说,因为中子物理学家们对这个问题已经探索了40年,结果绝望地发现,其似乎在我们这个宇宙里根本找不到答案,所以,那些带有科幻色彩的想法就进入了科学家们的视野。又因为成本实在便宜,这样脑洞大开的设想才可能被付诸实施。

也就是说,它可能是一次改变科学进程的伟大实验,但概率实在太小,更可能是若干年后我们开科学家们的玩笑才会想起来的趣闻而已。(综合媒体报道)

责任编辑:杨林宇

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