与天文学家对话2

6、神秘的微中子
    微中子是所有已知基本粒子中最神秘的一种，它们在宇宙演化的过程中扮演重要角色。它们的质量极微小，似显示与微中子相关的新物理领域研究，须在极高能的范围才能进行。它们无所不在，却难以捉摸，且与其它粒子的相互作用极为微弱。人体每秒钟有数以兆计的微中子通过，却未留下任何痕迹。太阳内部的核融合反应，释放出耀眼的阳光及大量的微中子，核融合只产生一种微中子，但在其抵达地球的途中，奇妙地演变成另两种微中子。由于微中子的质量极微小，于是有人推论其质量应源自未知的物理规律，或许和「统一力场」有关。详研微中子的性质、质量和如何自一种演变成另一种，以及微中子是否就是其本身的反粒子等问题，将使我们明了微中子是否与一般物质的模型一致，抑或它将引领我们去发现新的物理现象。
   三、宇宙的演化
    现代宇宙学理论描述宇宙是在一次霹雳大爆炸后，急速膨胀而诞生的。在膨胀过程中，宇宙逐渐冷却，并经历数阶段的转变，陆续形成星体、银河系及地球上的生命。欲探究宇宙的膨胀及演变，须突破对量子物理及量子重力未知领域的了解。藉由天文望远镜及太空探测，搜寻宇宙诞生早期残留粒子的踪迹，以及利用先进的高能粒子加速器，重建并研究宇宙演变过程中基本粒子的物理性质，可增进人类对宇宙的过去及未来演变的认识。科学的研究已确立宏观宇宙与微观基本粒子之间，有着密不可分的关联。
    宇宙膨胀如果是源自一种暗能量，如同今日我们观测推论存在的暗能量一样，那么暗能量由何种物质产生？这种型态的物质在「统一力场」中是否扮演一定的角色？它是否与额外维度空间有关？更基本的问题是：在宇宙诞生时的霹雳大爆炸那一刻，空间和时间的性质可不可能有所改变？弦论能否顺利涵盖宇宙诞生时那个奇妙的起点？
    对宇宙微波背景（CMB）变动的计测，最新数据显示宇宙正加速膨胀中。进一步对CMB极化的计测，有可能侦测到宇宙膨胀过程中所产生重力波的踪迹，进而获得与宇宙膨胀有关的「场」性质的信息。

在宇宙各阶段的演变中，有些粒子因冷却而产生变化，也可能产生有缺陷的演变，像各种样态的弦或异样的物质，这些将可用来解释诸如极高能宇宙射线、暗物质、甚至暗能量等。
   四、反物质为何消失无踪
    宇宙在霹雳大爆炸中诞生时，几可确定产生等量的正物质及反物质，但现今的宇宙似乎有绝对多的正物质存在，这种不对称的情形是如何演变成的？由实验得知，每种基本粒子都有其反粒子，但我们如今生活在一个正物质的宇宙中也是一个不争的事实。
    宇宙演化早期，正反物质间可能已产生微量的不平衡，否则正反物质将完全抵销湮灭，转化成能量及中性的光子及微中子。在实验室中，曾观察到正反粒子间微量的不平衡，因此它应是造成今日正物质宇宙的原因。只是目前所知有限，尚难论断为何今日的宇宙由正物质占绝对优势？应该还有一些尚未被发现的，造成正、反物质截然不同结局的作用存在，我们或许可以从夸克或微中子中找到答案。正、反物质行为差异的缘由，可能和希格斯玻色子的性质、超对称或额外维度空间有关。
    要自宇宙中消除反物质，必须有粒子的电荷宇称破坏，使反物质与正物质产生些微差异。实验物理学家于 1964 年发现中性Ｋ介子中，有电荷宇称破坏的现象，2001 年又发现Ｂ介子的电荷宇称破坏。但目前对电荷宇称破坏的了解尚嫌不足，有待进一步实验，以发现更多造成破坏的因素。