论文揭示了婴儿的宇宙和物质起源

一项旨在更好地了解宇宙起源的新研究提供了对基础物理学中一些最持久问题的洞察力：如何扩展粒子物理学的标准模型来解释宇宙物质超过反物质的过量现象?什么是暗物质?将质子和中子结合在一起的力中意外但观察到的对称性的理论起源是什么?

在计划于2020年3月17日发表在《物理评论快报》上的论文“轴突发生”中，高级研究所自然科学学院的研究员Keisuke Harigaya和密歇根大学的Raymond T. Co提出了一个令人信服的案例，其中1977年首次理论化的量子色动力学(QCD)轴子为这些问题提供了多个重要答案。

Harigaya说：“我们揭示了QCD轴的旋转可以解释宇宙中发现的多余物质。”“我们将这种机制称为轴突发生。”

QCD轴极轻，比质子轻至少十亿倍，几乎像鬼一样。每秒有数百万的此类粒子不经通知就通过普通物质。但是，QCD轴的亚原子级相互作用仍然可以在具有空前灵敏度的实验中留下可检测的信号。尽管从未直接检测到QCD轴突，但这项研究为实验人员寻找难以捉摸的粒子提供了额外的动力。

Co说：“ QCD轴在解决基本物理奥秘方面的多功能性真是太了不起了。我们对QCD轴的这一新方面可以带来的未探索的理论可能性感到非常兴奋。更重要的是，实验很快就会告诉我们大自然的奥秘是否真的暗示了QCD轴心。”

Harigaya和Co认为QCD轴子能够同时填补物理拼图中三个缺失的部分。首先，最初提出使用QCD轴来解释所谓的强CP问题-为什么将质子和中子束缚在一起的强力意外地保留了称为电荷奇偶校验(CP)对称性的对称性。CP对称性是根据观察到的，即中子尽管带电，但不与电场反应。其次，发现QCD轴是暗物质的一个很好的候选者，它在理解从未直接观察到的宇宙质量的大约80%的组成方面可能是一个重大突破。在早期宇宙的工作中

当物质和反物质粒子相互作用时，它们会相互消灭。在大爆炸之后的一秒钟的第一部分中，物质和反物质的存在量相等。这种对称性阻止了一种物质比另一种物质占优势。今天，宇宙充满了物质，表明这种对称性一定已经被打破。Harigaya和Co引用了QCD轴心元凶。QCD轴运动产生的动能产生了额外的重子或普通物质。物质的小幅倾斜会产生明显的级联效应，为当今众所周知的宇宙铺平道路。

对新发现的QCD轴力动力学的更多了解可能会改变宇宙的膨胀历史，从而为重力波的研究提供参考。关于该主题的未来工作还可以提供对基础物理学其他持久问题的进一步见解，例如微小中微子质量的起源。

Harigaya补充说：“自从理论和实验的粒子物理学家，天体物理学家和宇宙学家开始研究QCD轴突以来，已经取得了巨大的进步。我们希望我们的工作能够进一步推动这些跨学科的研究工作。”

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