《物理评论D》：在宇宙中寻找比夸克更小的“前子”

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《物理评论D》：在宇宙中寻找比夸克更小的“前子”

其致密度好比把月球质量集中于豌豆大的物体

（译等作者：任霄鹏 科学网 www.sciencenet.cn）

发布时间：2007-12-3 16:15:1       



图片说明：有比夸克还小的粒子吗？

（图片来源：ArSciMed / SCIENCE PHOTO LIBRARY）

瑞典科学家最近提出，如果组成质子和中子的夸克确实是由更小的粒子——前子（Preon）构成的，那么在宇宙中可能探测到比中子星、夸克星更加致密的前子星，它的致密程度就好比把月球质量集中在豌豆大小的物体上。相关论文在线发表于《物理评论D》（Physical Review D）上。

瑞典吕勒奥理工大学（Luleå University of Technology）的Fredrik Sandin和Johan Hansson表示，前子可能存在于宇宙大爆炸后的超密块状物中，而这些物体可以被现有的天文观测技术探测到。这一结论使一项高度不确定的假说成为了一个可检验的观点。如果前子星确实存在，它们或许会占宇宙暗物质质量的很大一部分。

长期以来，人类逐渐知道了各种粒子间的组成关系。原子由质子和中子（合称强子）以及很轻的电子构成。强子又是由6种类型的夸克组成的。此外，还有6种与电子相关的基本粒子——轻子（Lepton）。

1974年，物理学家Jogesh Pati和Abdus Salam猜测，一类称为“前子”的微粒家族或许可以解释夸克和轻子的分化。1999年至2002年，Hansson和同事在《高能物理—现象学》（http://www.arxiv.org/abs/hep-ph/9909569）和《欧洲物理学快报》（J. Europhys. Lett. 60, 188–194，2002）上提出，三种类型的前子就足以构建所有已知的夸克和轻子。

2005年，Hansson和他的学生Sandin继续研究了物质能否以前子的状态结合成块，而不是“冷凝”成为夸克或者强子，所得到的答案是可能（Phys. Lett. B 66, 1-7，2005）。这些前子块（前子星）要比夸克星和中子星更加致密。

研究人员认为，前子块不可能由恒星坍塌形成，但可以是宇宙大爆炸的遗迹。当新生宇宙膨胀时，其中的物质不断变得稀薄，从而由前子物质成为夸克物质，最终成为构建恒星和星际气体的原子。不过，Hansson表示，一些宇宙早期的前子物质可能结合形成稳定的“气泡”，从未发生上述变化。

研究人员计算认为，这些前子“气泡”的质量小于普通恒星，不会超过地球质量的100倍，直径也不会超过一米。尽管没有下限，但Sandin和Hansson认为最小的前子块应该有豌豆大小，它的质量略小于月球。

可以想象，这样的物体散落在浩瀚的宇宙中有多么地难以发现。不过，研究人员表示，还是有一些方法能够找到它们。首先，从地球上看来，这些超密的物体能够弯曲其周围从背后射来的光线，也就所谓的“引力透镜效应”（gravitational lensing）。Sandin和Hansson表示，由于前子块很小，它们会对宇宙伽马射线产生最强烈的影响——让伽马射线光谱产生特殊的摆动。

如果两个前子块恰好由于引力形成共轨的双“星”系统，并且位于太阳附近，那么它们发射出的引力波（时空波动）就会被引力波探测器（gravity-wave detector）捕获。而如果这两个前子块很小，它们所发出的高频波动甚至无需使用现有的大型探测器，只需要桌面型设备就能探测到。

此外，一旦微小的前子块撞击了地球，还会激发出可探测的地震波。Hansson说，它们如此之小，只能在地球上钻一个洞。不过，它们会在直线的运动路径上留下地震波的踪迹，这与大陆板块间的摩擦有明显的差异。

现在，创造前子物质看起来是不可能了，因为这需要重现大爆炸的情景。那么，其他的物理学家会对前子星的说法有何反应？Hansson自己说，“他们要么十分热衷于此，要么认为这些都是毫无价值的垃圾，处于二者之间的人可不多。”

不过，英国玛丽女王学院（Queen Mary College）的理论物理学家John Charap似乎是这样一个中间者。他说，“这不是一个完全疯狂的想法，毕竟我们需要一些不错的疯狂观点来在认识暗物质方面取得进展。我们现在在为寻找暗物质合理的解释方法而挣扎，新的观点可能与其它一些一样，是不错的候选。”（科学网 任霄鹏/编译）
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2007123162056915195665.html

（《物理评论D》（Physical Review D），arXiv:astro-ph/0701768v2，F. Sandin, J. Hansson）

更多阅读（英文）

《物理评论D》论文摘要：

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0701768

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前子

开放分类：物理物理学名词

前子，简单的说是一种学说，前子组成夸克，是一种更小的粒子。

摘要

目录
1越来越小
2大气泡
3大幅度弯曲
4观察黑暗

　　 夸克是由更小的成分组成的，那么答案便是肯定的

宇宙里有豌豆大小却比月球重的物质存在吗？假如原子的组成物夸克是由更小的成分组成的，那么答案便是肯定的。

　　瑞典吕勒奥理工大学（Luleå University of Technology）的Fredrik Sandin和Johan Hansson表示：这种叫做前子的假设粒子，可能存在于宇宙形成早期留下的大块浓稠物质中。他们的研究预言；这种超重物质在现今的天文学技术条件下，是可以观测的。这一论断将这一高度假设的理论变成了一个可检验证实的想法。

　　如果前子星确实存在，它们或许会占宇宙暗物质质量的很大一部分。
前子 - 越来越小
　　
原子是由质子和中子（合称强子）及质量微小的电子构成的

众所周知，物质具有俄罗斯套娃(Russian-doll)的性质。原子是由质子和中子（合称强子）及质量微小的电子构成的。而强子则是由6种夸克构成的。另外，还有6种与电子相关的基本粒子——轻子。
6种与电子相关的基本粒子——轻子

　　1974年，物理学家Jogesh Pati和Abdus Salam猜测有一类叫做前子的粒子存在。而前子的存在，可以很好地解释夸克和轻子出现的原因。1999年Hasson及其同事断定；3种前子就足以构成目前所有已知的夸克和轻子了。

　　2005年Hasson和他的学生Sandin继续研究；前子聚合是否会生成除夸克和轻子以外的物质，答案是可能的。而且这种前子聚合物是密度比夸克星和中子星还要大的凝块。与中子星比较，前子星是一个把拥有太阳质量的星球压缩成的一个直径不超过纽约长岛的球体。

详细：
http://www.baike.com/wiki/%E5%89%8D%E5%AD%90



前子：

http://baike.baidu.com/link?url= ... abbS45XMPW4WzIBbZ6K

http://baike.baidu.com/view/1395465.htm