物理学家150年前的结点假说或可揭示宇宙存在之谜

广岛大学的研究团队从开尔文勋爵1867年提出的"以太结点"假说中获得启示。

1867年，开尔文勋爵曾将原子设想为以太中的复杂结状结构。该理论虽很快被证伪，却可能对宇宙学产生着深远影响。

150多年后的今天，一个日本物理学家团队正重新审视这一概念，以期解决宇宙学中最经久不衰的谜题：为何宇宙充满物质，却难觅反物质的踪迹？

一项新研究提出，"宇宙结" —— 时空结构中拓扑稳定的缠结 —— 诞生于宇宙极早期。这些结构可能以偏向物质而非反物质的方式发生坍缩，并在时空中留下了独特"背景音"，未来探测器或可捕捉到这种信号。

物质-反物质不对称之谜

根据理论，大爆炸应产生等量的物质与反物质。随后正反粒子会相互湮灭，最终仅剩辐射。然而观测显示存在显著不对称性：每十亿对正反物质粒子中，就有一个物质粒子幸存。宇宙主要由物质构成，从原子到星系、从夸克到类星体，所有可见结构皆源于此。

尽管粒子物理学的标准模型成功描述了物质的基本构成，却无法解释物质与反物质之间的这种差异。这个关乎人类存在本质的问题，始终是科学界未解的谜题。

"本研究致力于破解物理学最基础的谜团：为何宇宙由物质而非反物质构成。"通讯作者、广岛大学教授新田计人在新闻稿中阐释，"这个问题的重要性在于，它直接关乎恒星、星系乃至人类自身存在的根本原因。"

新田与广岛大学团队认为，他们可能找到了解释这种不对称性（即重子生成）的答案。团队将规范化的重子数减轻子数对称性与佩塞-奎恩对称性结合，证明宇宙极早期可能自然形成结状结构，从而产生物质盈余。

聆听宇宙的引力波合唱

该修正框架揭示：早期宇宙冷却过程中，相变产生了名为宇宙弦的线状缺陷 —— 这些假想中的时空裂缝可能至今仍存在。携带通量的B-L宇宙弦与类超流体PQ涡旋结合，可形成稳定的结型孤子。

"此前无人同时研究这两种对称性。将二者结合后，稳定的结状结构便显现出来。"新田解释道。

这些结最终会因量子隧穿效应衰变，产生重右手中微子，最终形成物质多于反物质的局面。团队计算表明，重中微子的典型质量与结坍释放的能量使宇宙重新加热至100GeV —— 这正是物质持续形成的精确阈值。

科学家还提出，该过程改变了宇宙的"引力波合唱"，使其向更高频率偏移。他们相信，未来欧洲的激光干涉空间天线、美国的宇宙探索者以及日本的十进制赫兹干涉引力波天文台等观测站，或将能记录这一微妙变化。

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