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在星系密度远低于标准密度的宇宙空域中,天文学家观察到了弱磁场,这可能为进入早期宇宙提供了一个窗口。人们认为,大小为10^-17到10^-10 G的磁场具有高达兆帕的大相干长度,起源于早期的宇宙,但到目前为止,尚不清楚它们是何时或如何产生的。
一种假设是“左手”和“右手”费米子的数量不平衡可能是其核心,因为这会引起螺旋磁场。但是到目前为止,关于这个假设,关于左手和右手费米子数的演变如何叠加的问题,还没有进行详细的分析。现在,欧洲研究人员的合作报告对这种手性失衡进行了更为严格的分析,并得出了令人惊讶的结果。
费米子的手性是量子粒子的基本特性,与描述它们之间的弱相互作用有关。研究人员解释说,“对于无质量的费米子而言,它与粒子的螺旋线相吻合,即粒子自旋在其运动方向上的投影。”
某些过程会颠倒手性,随着时间的流逝,这种趋向甚至会消除费米子手性的不平衡。到目前为止,宇宙学家已经基于这些过程中涉及的最简单的反应,对该衰减速率进行了估算。根据这些原理,衰减率与称为精细结构常数的基本常数的平方成比例,该常数量化了基本粒子之间的电磁相互作用强度。但是,此估算未考虑的一件事是等离子体中的粒子与真空中的粒子不同的方式。事实证明,这对计算可翻转粒子手性的散射过程之一的概率具有重大影响。
环境影响
研究人员解释说,在任何散射过程中,动量都从一个碰撞粒子转移到另一个。传递的动量越低,发生散射的可能性就越高。在其对手性失衡衰变速率的分析中,研究人员主要研究了康普顿散射,其中电子和光子发生碰撞,这可以颠倒电子的手性。当电子和光子交换它们的动量而动量值没有太大变化时,散射概率确实会飙升,如此之快地增长,以至于所有可能动量传递值的积分都趋于无穷大,即所谓的红外奇异性(infrared singularity),红外是指涉及的低动量传递。
研究人员指出:“显然,这不是物理的,因为所有数量都应保持有限。”考虑等离子体和真空中颗粒之间的差异可以解决该问题。“环境改变了粒子的能量色散,并使粒子的寿命有限。”通过考虑这些环境影响,研究人员能够使所有数量变得有限。他们还惊讶地发现,手性衰变速率关系中的精细结构常数之一被抵消了,因此该速率与精细结构常数成线性比例。
描述衰减率的关系变化使它的值比以前的估计值快两个数量级。虽然如此大的差异听起来似乎应该在某个地方进行,但是直到最近,使用这些值的数值计算才真正可行。“具有手性失衡的等离子体的定量分析需要复杂且在数值上昂贵的模拟,而这是人们很多年前无法执行的。” “换句话说,直到最近,手性翻转率才需要精确的数值。”
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