為什麼物質在反物質上持續存在？

新的結果顯示中微子和反中微子行為的不同，這可能有助於解釋為什麼宇宙中存在如此多的物質。

8月7日由倫敦帝國理工學院的國際科學家團隊宣布的結果表明：物質和反物質的行為可能存在差異。

科學家們的T2K合作研究了中微子和反物質的性質，反中微子。中微子是構成我們宇宙的基本粒子，也是最不了解的。然而每秒鐘大約有50萬億個中微子從太陽穿過你的身體。

了解中微子和反中微子是否有不同的行為是很重要的，因為如果所有類型的物質和反物質的行為都是一樣的，那麼在大爆炸後不久，它們就應該完全互相擦除。如果是這樣的話我們的宇宙就不存在了。

中微子分別是"電子中微子"，"μ中微子" 和 "τ中微子"，中微子可互相轉換這樣的變化被稱為中微子振蕩。

為了探索這些振蕩，T2K實驗在日本東海岸的j - parc實驗室發射了一束中微子或反中微子。當光束到達位於日本西部295公里外的超級神岡探測器時，科學家們就會尋找中微子和反中微子振蕩的不同。

最新的實驗結果顯示了電子中微子和反中微子的出現。與電子中微子相比，電子中微子的出現率高於預期。

超級神岡中微子探測器內。圖片：Imperial College London

測試新的基礎物理學

來自倫敦帝國理工學院物理系的T2K實驗的國際聯合發言人摩根·瓦克索(Morgan Wascko)博士說：目前的T2K結果顯示出一個迷人的暗示:中微子和反中微子的行為之間存在著不對稱性;換句話說，物質與反物質之間的不對稱性。我們現在需要收集更多的數據來提高我們觀察到的不對稱的重要性。

他是一個由來自英國、日本、美國、加拿大、法國和瑞士等11個國家的63個研究所的500位物理學家組成的國際團隊。由Yoshi Uchida博士和Wascko博士領導的帝國理工學院的一個大團隊參與了最新的結果，包括學生和博士後。

結果的主要分析者之一帕特里克·鄧恩博士說：我和其他幾個在帝國遊戲中的角色正在做統計分析，把所有這些工作結合在一起，最終得出最終結果。」我們花了幾個月的時間來檢查我們的探測器和中微子如何相互作用的模型。

在完成了這一切之後作為最後一步的人之一，最偉大的特權之一就是比其他人更早地了解結果，這真的很令人興奮。希望這些跡象告訴我們目前的設備以及我們計劃實施的實驗，將能夠對這些物質-反物質的差異進行精確的測量。與這些測量的相容性將是一個非常重要的考驗，新的物理學基礎理論通過。

從超級探測器再升級

雖然這項工作很有希望，但仍有系統的不確定性，所以T2K團隊正在設計一個升級到探測器以提高其靈敏度。

領導帝國理工學院對該分析報告的菲利普·利奇菲爾德博士說：帝國理工學院的未來實驗最涉及的是超級神岡，它是超級神岡探測器的升級版。

這將實現更精確的(因此也更確定)的結果，僅僅是由於更大觀測到的中微子比我們迄今為止收集的更多。在這方面它更像是通過更好的照相機獲得更好的自然畫面。

但我們積极參与的另一種可能性是，將第二個探測器模塊放置在更遠的地方，在韓國，而不是日本。這實際上使我們可以從不同的角度觀察相同的現象。

儘管團隊可能需要等待升級和新的實驗來證實他們的結果，Litchfield博士指出，科學的進步比預期的要快得多。他說令人興奮的是我們能夠如此迅速地產生這些結果。

T2K在某種意義上是幸運的，因為我們在2013年發現了電子中微子的出現，當我們設計實驗的時候，觀察到的效果比預想的要大得多。如果你在2010年問過我，那時我們會看到現在的結果，我估計在20年代中期的某個時候。

這是了不起的速度，我們發現這些結果本身就是一個挑戰，我們必須看看我們所有的模型和分析技術，並確保他們足夠詳細和強大的足以讓這個更複雜的測量實，2017年依然是需要努力。

作者：Hayley Dunning

來自： Imperial College London

編譯：光量子

審校：博科園

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