「鏡像宇宙」是現今物理學一個探索熱點。一些物理學家認為鏡像宇宙與暗物質之間有著重要的聯繫。在各種探測暗物質的實驗多年一無所獲的情況下,科學家們開始設計實驗尋找鏡像宇宙存在的證據,希望從另一個角度了解暗物質。

《新科學家》(New Scientist)雜誌介紹了兩個近期進行的尋找鏡像宇宙存在證據的實驗。

實驗一

一個是位於田納西州橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的物理學家Leah Broussard和她的組員設計的一個簡單實驗。

他們用一台儀器向一堵牆發射中子束(neutron),牆的兩面設有不同的變化的磁場,在牆的另一面設置中子探測器。

如果牆後面的儀器探測到任何中子的蹤跡,科學家們認為是「中子震盪進入鏡像宇宙,又震盪回到這個宇宙」的有力證據。Broussard說,牆的兩面佈置的磁場是為了「提高中子震盪進入鏡像宇宙的機率」。

中子衰變周期的詭異

為甚麼選擇中子做這個實驗?Broussard說這是由於中子衰變的一個怪異的特性。

她解釋說,位於原子核內的中子極其穩定,而在原子核之外它們會衰變為質子、電子和反中微子(anti-neutrino)。按說,所有的中子衰變周期是一樣長,但奇怪的是現在科學家根據測量方法的不同測到的衰變時間差異很大。

一種方法把中子禁錮在容器裏,一定時間後測量剩下的中子數量;另一種方法測量核反應儀器發出的中子束中產生質子的數量。

科學家從第一種方法測得中子衰變周期為14分39秒;第二種方法測得14分48秒。

有的科學家認為「鏡像宇宙」可以解釋這種差異。他們認為中子在我們這個宇宙和鏡像宇宙都有「居住權」,可自由來往,因此當中子「溜到」鏡像宇宙中去時,他們衰變出來的質子沒被這個宇宙的儀器探測到,從而造成這種差異。

實驗二

另一個實驗由瑞士保羅謝爾研究所(Paul Scherrer Institute,簡稱PSI)的Klaus Kirch和同事設計。他們向禁錮在容器中的中子施加不同強度的磁場,目標是探尋鏡像磁場的信號。

Kirch說,這將是中子在兩個宇宙中震盪的證據,有可能得到支持Broussard團隊實驗的結果。

Kirch團隊已經完成了他們的實驗,正處在數據分析階段。

理論背景

田納西州大學鏡像物質研究員、Broussard的合作者Yuri Kamyshkov說:「雖然找到任何線索的可能性很小,但這是簡單、低成本的實驗,而且一旦有任何發現,將為物理學帶來變革。」一些物理學家認為鏡像宇宙可以解釋物理界許多未解之謎,包括暗物質。

紐約城市學院(City College of New York)理論物理學家Michio Kaku說:「暗物質是巨大的物質,具有引力,不可見,它與光或電磁場都不會發生作用。一種理論認為,暗物質可能是一種在我們之上的另一個空間內一種普通的物質。」

Kaku還說,當然這只是關於暗物質多種理論中的一種,弦理論認為暗物質是高維八度空間的弦振動。

另一種認為鏡像宇宙如此吸引人投入研究的原因是數據上的推測。物理學家發現暗物質數量巨大,幾乎是普通物質的5倍之多。由此推測,鏡像宇宙形成初期溫度比我們所在的宇宙低得多,這個差異讓粒子容易跑到那邊宇宙中去,導致這邊宇宙的一個粒子,在鏡像宇宙中有5個對應粒子。◇