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这样质子就要衰变。
夸克要得到足够能量的概率是如此之低,至少要等待100万亿亿亿年(1后面跟30个O)才能有1次。
这比宇宙从大爆炸以来的年龄(大约100亿年——1后面跟10个0)要长得多了。
因此,人们会认为不可能在实验上检测到质子自发衰变的可能性。
然而,人们可以观察包含极大数量质子的大量物质,以增加检测衰变的机会。
(譬如,如果观察的对象含有1后面跟31个0个质子,按照最简单的GUT,可以预料在1年内应能看到多于一次的质子衰变)。
人们进行了一系列实验,可惜没有得到任何质子或中子衰变的确实证据。
有一个实验是在俄亥俄的莫尔顿盐矿里进行的(为了避免其他因宇宙射线引起的会和质子衰变相混淆的事件发生),用了8000吨水。
由于在实验中没有观测到自发的质子衰变,因此可以估算出,可能的质子寿命至少应为1000万亿亿亿(1后面跟31个0)年。
这比简单的大统一理论所预言的寿命更长。
然而,一些更精致的大统一理论预言的寿命比这更长,因此需要用更灵敏的手段对甚至更大量的物质进行检验。
尽管观测质子的自发衰变非常困难,但很可能正由于这相反的过程,即质子,或更简单地说,夸克的产生导致了我们的存在。
它们是从宇宙开初的可以想像的最自然的方式——一夸克并不比反夸克更多的状态下产生的。
地球上的物质主要是由质子和中子,进而由夸克构成。
除了少数由物理学家在大型粒子加速器中产生的以外,不存在由反夸克构成的反质子和反中子。
我们从宇宙线中得到的证据表明,我们星系中的所有物质也是这样:除了少数当粒子和反粒子对进行高能碰撞时产生的以外,没有发现反质子和反中子。
如果在我们星系中有很大区域的反物质,则可以预料,在正反物质的边界会观测到大量的辐射。
许多粒子在那里和它们的反粒子相碰撞、相互湮灭并释放出高能辐射。
我们没有直接的证据,表明其他星系中的物质是由质子、中子还是由反质子、反中子构成,但两者必居其一,在单一的宇宙中不能有混合,否则,我们又会观察到大量由湮灭产生的辐射。
因此,我们相信,所有的星系是由夸克而不是反夸克构成;看来,一些星系为物质,而另一些星系为反物质也是难以置信的。
为什么夸克比反夸克多这么多?为何它们的数目不相等?这数目有所不同肯定使我们交了好运,否则,早期宇宙中它们势必已经相互湮灭了,只余下一个充满辐射而几乎没有物质的宇宙。
因此,后来也就不会有人类生命赖以发展的星系、恒星和行星。
庆幸的是,大统一理论可以解释,尽管甚至刚开始时两者数量相等,为何现在宇宙中夸克比反夸克多。
正如我们已经看到的,大统一理论允许夸克变成高能下的反电子。
它们也允许相反的过程,反夸克变成电子,电子和反电子变成反夸克和夸克。
在极早期宇宙有一时期是如此之热,粒子能量高到足以发生这些转变。
但是,它为何使夸克比反夸克多呢?原因在于,物理定律对于粒子和反粒子不是完全相同的。
直到1956年人们都相信,物理定律分别服从三个叫做C、P和T的对称。
C(电荷)对称的意义是,定律对于粒子和反粒子是相同的;P(宇称)对称的意义是,定律对于任何情景和它的镜像(右手方向自旋的粒子的镜像变成了左手方向自旋的粒子)是相同的;T(时间)对称的意义是,如果你颠倒所有粒子和反粒子的运动方向,系统应回到早先的那样;换言之,定律对于前进或后退的时间方向是一样的。
1956年,两位美国物理学家李政道和杨振宁提出弱作用实际上不服从P对称。
换言之,弱力使得宇宙和宇宙的镜像以不同的方式发展。
同一年,他们的一位同事吴健雄证明了他们的预言是正确的。
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