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宇宙因膨胀产生上帝粒子而没有坍缩

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来源: 作者: 2019-05-17 00:36:01

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宇宙为何没有坍缩?由丹麦哥本哈根大学和英国、芬兰科学家组成的研究团队在《物理评论快报十二星座爱情最疯狂的想法
》上发表论文称,他们距离找到这一问题的答案更近了一步。研究团队对标准模型中最后一个未知参数——希格斯场和万有引力之间的耦合强度做出了限制。这一研究有助科学家修正膨胀模型,使之与我们的宇宙实际情况更加符合。

按照目前最好的物理学模型,宇宙在大爆炸膨胀之后很快就会坍缩,膨胀延续不超过1秒。而宇宙没有坍缩,部份原因是在膨胀过程中产生了希格斯玻色子,俗称“上帝粒子”。以往研究表明,在早期宇宙中,希格斯场可能获得足够大的波动来克服能量障碍,使宇宙从标准真空态转变为负能量真空态,而让宇宙迅速坍缩。

研究人员解释说,希格斯场与万有引力之间耦合得越强,波动就越大,最终引发关键性过渡,转变成负能量真空态。据他们计算,在膨胀以后,只要耦合强度超过1,就会发生坍缩。2014年,该团队通过分析膨胀过程中保持稳定性所需的必要条件,推导出一个较低的界限值0.1,结合新结果,将耦合强度限制在0.1—1的范围,接近其历史估计值1/6。历史估值1/6是希格斯-万有引力零耦合时的数值,但这个值未必正确。

将希格斯-万有引力耦合强度的范围收窄对物理学家具有指导意义,在分析实验数据时,有助确定更精确的耦合值。比如利用宇宙微波背景辐射和万有引力波的数据,有望对该值做进一步限定,将希格斯-万有引力耦合强度与其他参数结合,可以生成没有转变到坍缩态的宇宙图。

论文第一作者、哥本哈根大学的马蒂·赫兰南说,这些参数的结合不仅决定着这种过渡(包括希格斯场与万有引力耦合)能否发生,而且决定着膨胀的能级,这是靠目前检测无法严格限定的,因此现在还无法定论标准模型是否有问题。将来通过独立丈量,如观察最初膨胀产生的万有引力波,可对希格斯-万有引力耦合和膨胀程度做出更严格限定。

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