與天文學家對話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種，它們在宇宙演化的過程中扮演重要角色。它們的質量極微小，似顯示與微中子相關的新物理領域研究，須在極高能的範圍才能進行。它們無所不在，卻難以捉摸，且與其它粒子的相互作用極為微弱。人體每秒鍾有數以兆計的微中子通過，卻未留下任何痕跡。太陽內部的核融合反應，釋放出耀眼的陽光及大量的微中子，核融合隻產生一種微中子，但在其抵達地球的途中，奇妙地演變成另兩種微中子。由於微中子的質量極微小，於是有人推論其質量應源自未知的物理規律，或許和「統一力場」有關。詳研微中子的性質、質量和如何自一種演變成另一種，以及微中子是否就是其本身的反粒子等問題，將使我們明了微中子是否與一般物質的模型一致，抑或它將引領我們去發現新的物理現象。
   三、宇宙的演化
    現代宇宙學理論描述宇宙是在一次霹靂大爆炸後，急速膨脹而誕生的。在膨脹過程中，宇宙逐漸冷卻，並經曆數階段的轉變，陸續形成星體、銀河係及地球上的生命。欲探究宇宙的膨脹及演變，須突破對量子物理及量子重力未知領域的了解。藉由天文望遠鏡及太空探測，搜尋宇宙誕生早期殘留粒子的蹤跡，以及利用先進的高能粒子加速器，重建並研究宇宙演變過程中基本粒子的物理性質，可增進人類對宇宙的過去及未來演變的認識。科學的研究已確立宏觀宇宙與微觀基本粒子之間，有著密不可分的關聯。
    宇宙膨脹如果是源自一種暗能量，如同今日我們觀測推論存在的暗能量一樣，那麽暗能量由何種物質產生？這種型態的物質在「統一力場」中是否扮演一定的角色？它是否與額外維度空間有關？更基本的問題是：在宇宙誕生時的霹靂大爆炸那一刻，空間和時間的性質可不可能有所改變？弦論能否順利涵蓋宇宙誕生時那個奇妙的起點？
    對宇宙微波背景（CMB）變動的計測，最新數據顯示宇宙正加速膨脹中。進一步對CMB極化的計測，有可能偵測到宇宙膨脹過程中所產生重力波的蹤跡，進而獲得與宇宙膨脹有關的「場」性質的信息。

在宇宙各階段的演變中，有些粒子因冷卻而產生變化，也可能產生有缺陷的演變，像各種樣態的弦或異樣的物質，這些將可用來解釋諸如極高能宇宙射線、暗物質、甚至暗能量等。
   四、反物質為何消失無蹤
    宇宙在霹靂大爆炸中誕生時，幾可確定產生等量的正物質及反物質，但現今的宇宙似乎有絕對多的正物質存在，這種不對稱的情形是如何演變成的？由實驗得知，每種基本粒子都有其反粒子，但我們如今生活在一個正物質的宇宙中也是一個不爭的事實。
    宇宙演化早期，正反物質間可能已產生微量的不平衡，否則正反物質將完全抵銷湮滅，轉化成能量及中性的光子及微中子。在實驗室中，曾觀察到正反粒子間微量的不平衡，因此它應是造成今日正物質宇宙的原因。隻是目前所知有限，尚難論斷為何今日的宇宙由正物質占絕對優勢？應該還有一些尚未被發現的，造成正、反物質截然不同結局的作用存在，我們或許可以從誇克或微中子中找到答案。正、反物質行為差異的緣由，可能和希格斯玻色子的性質、超對稱或額外維度空間有關。
    要自宇宙中消除反物質，必須有粒子的電荷宇稱破壞，使反物質與正物質產生些微差異。實驗物理學家於 1964 年發現中性Ｋ介子中，有電荷宇稱破壞的現象，2001 年又發現Ｂ介子的電荷宇稱破壞。但目前對電荷宇稱破壞的了解尚嫌不足，有待進一步實驗，以發現更多造成破壞的因素。