宇宙中的一切都是對稱的嗎？
物質與反物質的區別在哪裡呢？
最新研究表明，有時二者毫無分別。
負責美國布魯克海文國家實驗室相對論重離子對撞機（RHIC）的科學家們發現，反物質質子（即反質子）通過強核力彼此接近時的相互作用與質子之間的相互作用完全一樣。
與物質相對，反物質的亞原子粒子（質子與電子）攜帶的電荷與物質正好相反。在普通的物質中，質子帶正電，電子帶負電。在反物質中，反質子帶負電，反電子（即正電子）帶正電。當反物質與物質相接觸，它們彼此湮滅，產生以伽馬輻射為形式的能量。
絕大多數宇宙起源理論都認為，135億年前的大爆炸中創造出的物質與反物質在數量上應當是相等的。若事實如此，那麼我們所處的世界便不復存在了，整個宇宙會充斥著輻射，因為物質與反物質都湮滅了。然而，科學家們聲稱，出於某種未知原因，大爆炸後殘存的物質比反物質多了一點點，所以在最初的湮滅後，剩下的物質構成了我們現在所處的宇宙中的萬物。
「這是個未解之謎，」布魯克海文國家實驗室研究員唐愛洪說道，「如果反質子通過不同的方式相互作用，這就是個需要考慮的因素了。」
為了研究這些相互作用，物理學家們用RHIC這樣的粒子加速器製造反物質來尋找反物質與物質的運動差異。如果物質和反物質的以不同的方式相互作用，就可以用來解釋為什麼宇宙中物質佔了大多數。
根據CP守恆定律，反物質看起來應該與物質是一樣的。一塊反鐵或者一團反氫氣應該與鐵和氫氣具有相同的表現。CP破壞則意味著事情並非如此。然而RHIC實驗表明至少對質子來說，不存在任何CP破壞。唐愛洪說，這證明物質在宇宙中的主導位置並不是由反質子的相互作用特質造成的。
其他找到CP破壞證據的實驗都是在一些奇特粒子中找到的，例如K介子和B介子。但是僅憑它們自身還不足以解釋宇宙中物質比反物質多的原因。
為了測量反質子的相互作用，科學家們用近光速使金原子核相互撞擊。當撞擊發生時，產生了大量亞原子粒子，其中就有反質子。
普通的質子因為帶有相同電荷會互相排斥。但是一旦它們離得足夠近時，相較強核力，排斥力就不那麼重要了。強核力使反質子結合在一起，就像使普通質子結合一樣。這與人們的預期相吻合。
「我們已經造出了反氦-2，」唐愛洪說。普通的氦，即氦-4，由兩個質子和兩個中子構成，而氦-2隻是兩個質子，沒有中子。反氦-2和氦-2都是不穩定的，會快速衰變。但是反氦-2持續的足夠長，使得研究者們得以看到反質子是如何相互作用的。實驗證明，反質子之間的相互作用與質子之間的相互作用是相同的。
因為反質子會在接觸到普通物質時湮滅，在瞬息之間，它們往往會撞上產生出反質子的容器壁，變成伽馬輻射。
這一實驗證明了CP守恆的延續——包含時間在內的CPT守恆。CPT守恆認為，如果把電荷替換為其相反的值，將粒子變為其鏡像，時間反演，物理定律還是一樣——換言之，將出現一個和我們的宇宙一樣的「鏡像宇宙」。
在有些例子中，這一守恆會遭到破壞，但是唐愛洪指出，反物質——或者至少人們研究的反物質粒子——不在其中。「我們的實驗證明了物理學家們的假設，」唐愛洪說道，「我們從另一角度驗證了CPT守恆。」
文章來源：LiveScience
文章作者：Jesse Emspak
編譯：未來論壇 商白
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