宇宙怪物——Ｑ球

陳壯叔

科學家在深入探索后，最近又發掘出一個新的宇宙怪物，稱為Q球。哈佛大學的物理學家柯薩說：“它們非常重而微小，若你把它放在桌上，它將穿通桌面直入地心。”這是一種奇異物質構成的微球，它們可能漫游于空間。每個Q球，都像一個藏在堅果殼內的新宇宙。為何說新宇宙呢?因為在Q球內部，不存在我們所熟悉的三種自然力(強核力、弱核力、電磁力)。這種特性造成的后果是災難性的，這意味著，每個Q球都在破壞宇宙的規律和秩序，因為它吞食普通物質，并迫使后者按Q球的規律存活下去。一個Q球能吃掉超密星(中子星)的心臟。

但迄今沒有人見過這種怪球，它只是來自物理學家的預言。據說，怪球產生于新生宇宙的高溫之中，并一直存活到今天。科學家擬在各處尋找它們的蹤影，從遙遠的天邊到海底和冰層之中。若找到Q球將解開一大堆宇宙奧秘，這包括科學家堅信散布在宇宙的暗物質，在天空閃爍著的、不可預測的γ射線暴等。

Q球之名為物理學家庫里曼所取，有非常穩定、堅固的含義，它所包含的能量也高低不等。1997年柯薩和雪尼可夫，確切地從一種稱之為超對稱理論中得出Q球的結論。現行的粒子物理學其標準模型十分成功地描述了組成物質的基本粒子(夸克和輕子)，但目前它已出現了裂縫，因此科學家推出了超對稱論，它企圖在標準模型之外，為粒子物理學構筑一個新的框架。此理論引入了一批鏡像粒子，即所有的已知粒子都有自己的超對稱伙伴粒子。但迄今沒有人探測到這些粒子，這也許是現在的粒子加速器的能量還不夠大，不足以產生它們。若超對稱論正確，那么這些伙伴粒子曾統治過宇宙。

理論預言，就在暴脹(大爆炸后的瞬間)發生之后，宇宙為夸克和輕子的超對稱伙伴粒子(S夸克和S輕子)所覆蓋，Q球也在此時產生。柯薩等稱，在這個S夸克和S輕子的海洋中，不可避免地有密度上的起伏；那些較密的部分可能聚合起來，看上去像云霧一樣，并凝結成團塊或液滴。若這些團塊較大，就將形成Q球，由于它很穩定，故能一直存活下來。

科學家利用超級電腦進行模擬，結果看到，這個S夸克海洋中能凝結出三十多種Q球，最大者(也即能量最高者)含有2×1016個S夸克。

這些神秘的S夸克、S輕子之所以能存活，是因為它們擁擠在空間中，沒有像夸克、輕子那樣嚴格的限制。例如在質子中，只能有3個夸克，因為不能有更多的夸克共享它們的量子態，而成千上萬的S夸克、S輕子卻可相安無事地分享同一(量子)態，故它們可擠在一個原子核大小的微球中。

有的Q球甚至可能含有1030個粒子，其大小約為鐵原子核的10倍，而其質量約為1×10－7千克，相當于前者1萬億倍。由于S夸克、S輕子的特性，Q球內不存在形成我們世界的強核力、弱核力和電磁力。它們仍彌散于空間，很可能組成某些暗物質，游蕩在星系周圍，遍及整個宇宙。我們所以能知悉暗物質，是通過其引力彎曲可見星系的運動路線而得知。

若這些堅果殼真的漫游在空間，它們會有怎樣的標記呢?由于微小，推測其速度在100千米／秒左右，它們將穿過恒星或行星而絕不停留。例如一顆Q球若穿過太陽，不會超過4分鐘，其速度僅減慢0001％，這就像一粒子彈穿過水蒸氣云。

但對另一種星體來說，若被Q球所污染，卻意味著死亡，中子星就是如此。中子星的直徑僅在20千米～30千米，卻含有一個太陽的物質，因此其內部的物質極密實，以致原子中的電子都跟質子擠壓在一起，而成中子濃湯。

當一顆Q球碰上中子星時，它將跟大量的中子相互作用，并漸漸到達星核，此時其速度已減慢到“爬行”。同時它開始吞食周圍的中子，“中子內的夸克突然發現，那種把它們束縛在一起的力已消失，因此它們裂開，又被Q球反彈。”但不用多久，這些夸克就和Q球混合起來，變成了S夸克。Q球在形成2或3個π子(由夸克—反夸克對組成)后，將吐出多余的能量，而后者將衰變成各種粒子，包括微小的、以光速運行的中微子，它們將從中子星中逃逸出來。柯薩說：“中子星被Q球慢慢地從內層吞食出來。”能量從星核的逃逸，將耗減其質量，最終其質量只剩下到1／5個太陽的質量。此時，引力強度已不足以阻止中子衰變成電子、質子和中微子。這些騷動著的中子突然衰變，釋放出巨大能量，整個中子星隨之爆炸，這相當于又來了一次小型的超新星爆發。

柯薩等人計算，一顆Q球吃掉中子星核，約需1000萬年，而中子星的一般壽命都為幾億年，故Q球引發的爆炸想必早在進行了。若中子星爆發，其大部分能量以γ射線涌現出來，這足可引起γ射線暴。迄今，我們觀測到的超明亮γ射線閃爍，仍然是一個謎，這會是Q球引發的嗎?Q球還將在另一方面顯示其存在，即在微波背景輻射上，它是大爆炸留下的余波。

1998年，英國的克默斯特等人指出，Q球將對微波背景產生敏感的扭曲。人們期待2006年歐洲航天局將發射普朗克天文衛星，它有能力探測到這種現象。

這種怪球甚至在我們自己的家鄉——地球，也可能找到。若一顆Q球到達地球，它將一路大吃質子而發出巨大的π子暴。因為這些高能粒子在通過水或冰層時會發出閃光，所以這些信號會被置放在全球各地的探測器所記錄。由于Q球放射出的粒子，將以超光速(水中)運動。而這一點，并不違反愛因斯坦關于光速是宇宙中最高速度的結論，因為這是指光在真空中的速度，而在其他介質中，光速將大幅度下降。

出自Q球的高速粒子，在它們通過水層時，因快于光速(水中)，故呈一束藍光，稱之塞倫可夫輻射。它雖很暗弱，但能觀測到。科學家利用靈敏的光電管來放大這些塞倫可夫閃光，他們就能指出這些粒子的運動路線。

從1984年～1990年以來，已有一串塞倫可夫探測器置于西伯利亞貝加爾湖中。科學家檢查了探測器所記錄的數據，未發現有Q球的痕跡。在意大利格蘭珊蘇國家實驗室的地下，置放了MACRO的探測器，此實驗還在進行中。

從上述的觀測中可看出，若Q球存在的話，那么一定很稀少；若它們是暗物質組成的，那么一定很重。按這樣的推理，物理學家計算出，Q球至少含有1022個粒子。

像這樣的Q球，大型粒子探測器更易捕捉到。例如，由13串塞倫可夫探測器組成的ANTARES，它建造在地中海2000米水下，其覆蓋面積可達01平方千米，按計劃可在2003年建成。另一稱之為“冰房”的探測器，將安置在南極，在那清潔的冰層上，挖掘81個深達24千米的洞，然后把一串串的塞倫可夫探測器置于洞內。按研究者的計劃，“冰房”將于2008年啟動。

最令人感興趣的是，疑有一對Q球在“超開密歐凱得”探測器中留下了痕跡。這是一個含有5萬噸水的大容器，置于日本依開山下的礦場中。盡管外界說得沸沸揚揚，但實驗者說，他們確實看到一些東西進入，但太輕微了，以致探測器無法證實。一些樂觀者認為，未來幾年也許會迎來最激動人心的時刻，有望找到理論上存在的這些宇宙怪物。

但只要超對稱論未被證明，那么Q球還將是一種想像。物理學家赫爾說，“沒有超對稱存在的一些證據。”他說，雖然超對稱論在許多方面很精巧，但許多物理學家更多地把它看做宗教，而非科學理論。這一“神學”已把一些有前途的理論排擠出受人注意的中心。赫爾甚至問道，關于中子星爆炸或微波背景上的扭曲，一定能說明超對稱理論和Q球的存在嗎?因為大尺度空間仍是一個復雜和未知的宇宙區域。“我并非說這種思想沒有研究價值，但我認為，它不會產生一個清楚的答案。”他認為，最好的方法是直接驗證基本概念，使用大功率的粒子加速器，在最小尺度上觀測物理定律。

真理來到的時刻不會遠了，也許再等上5年，最強有力的加速器——大型強子對撞機(LHC)將問世，它將在歐洲核子研究中心(CERN)把粉碎了的粒子結合起來。若在碰撞的碎片中仍找不到超對稱鏡像粒子(如S夸克等)的影蹤，那么這個理論將陷入很大的麻煩。

如果上述鏡像粒子被證實，那么超對稱論將加入到可測試的大自然規律的行列。在這種情況下，Q球將變得十分逼人，在這個堅果殼內自然定律被打碎，將不會使人大感奇怪，雖然它留給我們一大堆難題。