被称为Q球的奇怪量子物体可以解释我们为什么存在

　　宇宙最大的谜团之一是为什么宇宙是由比反物质多得多的物质组成的，这也是我们存在的根本原因。现在，一组理论物理学家说他们知道如何找到答案。他们所需要做的就是探测被称为Q球的奇异量子物体产生的引力波。

　　每一种普通物质粒子都有一个反物质伙伴，它们具有相反的特征——当物质与反物质相互作用时，两者会相互湮灭。这一事实使我们的存在成为一个谜，因为宇宙学家非常确定，在宇宙诞生之初，产生了等量的物质和反物质；那些物质和反物质的伙伴本应该全部互相湮灭，让宇宙完全没有任何物质。然而物质是存在的，研究人员正在慢慢揭示原因。

　　一个潜在的原因可能在于Q球，这是理论上的“团块”，形成于大爆炸之后，宇宙像气球一样迅速膨胀之前。这些物体将包含它们自己的物质-反物质不对称，这意味着在每个Q球内存在不相等的物质和反物质部分。当这些Q球“爆开”时，它们会释放出比反物质更多的物质——并在时空中释放出引力涟漪。根据10月27日发表在《物理评论快报》杂志上的一篇新论文，如果这些物体真的存在，我们可以利用引力波来探测它们。

　　根据粒子物理学，宇宙的结构被覆盖在不同的量子场中，每个量子场描述了空间中所有点的一些性质(比如电磁)。这些场的波动产生了构成我们物理现实的基本粒子。为了说明这些领域是如何工作的，想象一个中心放着保龄球的蹦床。保龄球给蹦床的形状代表了场上任何一点对宇宙的贡献——越靠近中心凹陷，势能就越大。正如蹦床表面的形状决定了弹球如何绕着保龄球滚动一样，场地的“形状”决定了场地的行为。

　　普林斯顿大学物理学家伊恩·阿弗莱克 (Ian Affleck) 和迈克尔·戴恩 (Michael Dine) 于 1985 年提出了一种理论，试图解释宇宙的物质-反物质不对称性，即控制宇宙早期气球状膨胀的场必须相当浅，以便为了发生膨胀——换句话说，蹦床中心的保龄球不是很重。就像在保龄球的浅洼处滚动的大理石不会增加或减少太多速度一样，场的形状意味着控制宇宙膨胀的能量保持均匀。

　　因为膨胀需要这种均匀性，所以场不能与任何其他场（基本上是其他蹦床）相互作用太强以产生粒子。但根据 Affleck 和 Dine 的理论，该场与其他场相互作用的方式产生的物质粒子多于反物质粒子。为了保持这种统一的形状，该场将这些粒子包含在“团块”中。

　　“这些团块被称为 Q 球。它们只是场团块。”主要作者、卡夫利宇宙物理和数学研究所的物理学家格雷厄姆怀特说。

　　随着宇宙的膨胀，这些Q球到处都是。“最终，相对于宇宙的其他部分，它们成为了宇宙中最重要的部分。”

　　但它们不会永远持续下去。当 Q 球确实消失时——用比反物质更多的物质填充宇宙——它们会突然消失，从而产生声波。新研究提出，这些声波是时空涟漪的来源，称为引力波。White 的团队认为，如果这些引力波存在，它们可以在地球上通过 NASA 的激光干涉仪空间阵列 (LISA) 和地下爱因斯坦望远镜等探测器进行测量。

　　这并不是解释宇宙物质-反物质不对称性的唯一理论。但是怀特说没关系，因为我们正处于一个激动人心的时刻，如果这些范式之一是正确的，我们可能可以证明它。“我在21世纪30年代，我们将开启一大堆机器，它们有望看到这些引力波。”怀特说。“如果我们真的看到他们，那真的很令人兴奋。”“但是，即使探测器没有发现这些Q球波纹，这也是一个好消息，因为这意味着更简单的理论可能是正确的——这些更容易测试。”他说。“所以在某些方面，这有点不亏。”