最近,天文物理学家对原始磁场理论提出了质疑

在宇宙空隙中,星系的密度远低于标准,天文学家观察到微弱的磁场,这可能为观察早期宇宙提供了一个窗口。10^-17到10^-10G量级的场和高达百万秒差距的大相干长度被认为是早期宇宙的起源,但到目前为止,尚不清楚它们是何时以及如何产生的。一种假设是,“左手”和“右手”费米子数量的不平衡可能是其核心原因,因为这可能会导致螺旋磁场的产生。但是到目前为止,还没有详细的分析来说明左旋和右旋费米子数目的演变如何与这个假说相矛盾。现在,欧洲研究人员的一项合作报告对这种手性不平衡进行了更严格的分析,得出了令人惊讶的结果。
费米子的手性是量子粒子的一种基本性质(与描述它们之间的弱相互作用有关)。“对于无质量费米子来说,它与粒子的螺旋性一致,即粒子自旋在其运动方向上的投影,”瑞士洛桑联邦理工学院和基辅大学的博士后研究员Oleksandr Sobol解释道,他也是这篇最新报告的通讯作者。然而,对于真正的巨大费米子来说,并没有简单的类比。
到目前为止,宇宙学家们依靠的是基于这些过程中涉及的最简单的反应对衰变率的估计。根据这些原理,衰变速率与被称为精细结构常数的基本常数的平方成正比,精细结构常数量化了基本粒子之间电磁相互作用的强度。然而,这一估计没有考虑到等离子体中的粒子与真空中的粒子的不同之处。结果表明,这对计算某一散射过程的概率有重大影响,这种散射过程可以翻转粒子的手性。

环境影响

在任何散射过程中,动量都会从一个碰撞粒子转移到另一个粒子。传递的动量越低,发生散射的概率就越高。在手性不平衡衰变率的分析中,Sobol和他的合作者主要集中在电子和光子碰撞的康普顿散射上,这可以翻转电子的手性。当电子和光子交换动量而动量值没有太大变化时,散射的概率真的会飙升,增长如此之快,以至于对所有可能的动量转移值进行积分趋于无穷大,这就是所谓的红外奇点,其中红外指的是所涉及的低动量转移。
显然,这不是物理上的,因为所有的量都应该是有限的。他指出,考虑等离子体和真空中的粒子之间的差异可以解决这个问题。环境改变了粒子的能量分散,使它们的寿命有限。通过考虑这些环境影响,研究人员能够使所有的数量是有限的。他们还惊奇地发现,手性衰减速率关系中的精细结构常数中的一个会消掉,这样速率就与精细结构常数成线性比例。
描述衰减率的关系的变化使它的值比以前的估计值高两个数量级。虽然如此巨大的差异听起来像是应该在这之前就发现的东西。直到最近,使用这些值的数值计算才真正可行。手性不平衡等离子体的定量分析需要复杂和昂贵的数值模拟,这在许多年前是无法做到的。他还强调,我们也不清楚如何计算这个速率,因为它需要一些“非平凡”的数学,在精细结构常数和电子质量方面的双微扰膨胀。
那么,随着如此快的衰减率被证实,关于由费米子手性不平衡产生的原始磁场理论的讨论结束了吗?并没有。另一个关键因素是手性不平衡转移到磁场中的速度。这个比率仍然是未知的,只有知道这两个速率,我们才能得出这个模型中磁生成的可能性。
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