CERN剛做出了突破性發現，有助於解釋物質的起源

我們為什麼是存在的？這可以說是最深刻的問題，同時看起來完全超出了粒子物理學的範疇。

但是剛剛在歐洲核子研究中心的大型強子對撞機上的結束實驗讓我們離答案又近了一步。

138億年前，宇宙在大爆炸中創生。這個事件產生了相同數量的物質和反物質。

據信，每個粒子都有一個與其自身幾乎完全相同但電荷數相反的伴生粒子。當正反粒子相遇時，它們相互湮滅——輻射出光子，然後神形俱滅。

現在的問題是，為什麼我們的宇宙是物質的，而非反物質的？(正反一詞可能會引發誤解，這個提問本身不是追究正反，而是說完全對稱的兩個選項二選一，其中一種為何會勝出)它是現代物理學中最大的奧秘之一。如果物質和反物質一樣多，按理說宇宙的一切都將湮滅殆盡。

最新的實驗揭示了物質和反物質之間不對稱性的起源。

反物質假說最早由亞瑟·舒斯特於1896年提出，由保羅·狄拉克於1928年提供理論基礎；在1932年卡爾·安德森發現了反電子，也就是電子的反粒子——正電子。正電子出現在天然放射性過程中，如鉀-40的衰變。

你吃的香蕉(含有鉀)每75分鐘就會輻射出一次正電子。然後它們與電子湮滅產生光子。 PET掃描儀等醫療設備也在類似的過程中產生反物質。

難以檢驗的粲夸克機制

構成原子基本模塊被稱為夸克和輕子。夸克的種類被稱為「味」，它們是上(u)、下(d)、奇(s)、粲(c)、底(b)及頂(t)。同樣，輕子也有6種：電子、μ子、tau子和三類中微子。每種基本粒子都有自身的反粒子。

反粒子原則上應該是粒子的完美鏡像。但實驗表明情況並非總是這樣。

例如，介子由一個夸克和一個反夸克組成。中性介子具有一個迷人的特徵：它們可以自發地變成反介子，反之亦然。

在這個過程中，夸克變成反夸克或反夸克變成夸克。但是實驗表明，這一雙向轉變過程是有難易程度之分的——隨著時間推移，介子的數目多餘反介子。

在含有夸克的粒子中，只有那些包括奇夸克和底夸克的粒子被發現具有這種不對稱性——這些都是非常重要的發現。

1964年首次觀察到涉及奇夸克的不對稱性，理論學家們藉此預測有6種夸克存在——當時只知道存在3類夸克。

2001年發現底夸克的不對稱性是對6夸克機制的最終證實。這兩項發現都獲得了諾貝爾獎。

奇夸克的和底夸克都帶有負電荷。理論上能夠形成物質—反物質不對稱性的唯一帶正電粒子是璨夸克。理論顯示，如果確實如此，那麼效果也應細微且難以檢測。

但是現在，LHCb實驗成功地觀察到了被稱為D-meson粒子中的這種不對稱性——璨夸克組成的粒子。結果的統計可信度為99.9999%，純粹巧合的置信度小於10億分之50。

如果這種不對稱性與奇夸克和底夸克的機制不同，那麼就為解釋物質—反物質不對稱性留下了空間。它很重要，因為已知的現象無法解釋宇宙為什麼是以正物質為主的。

僅僅粲夸克還不足以填補這一理論空白，但它是理解基本粒子相互作用的瓶頸。

下一步

這一發現之後將有更多的理論著作出版，向我們詳細地解釋實驗結果。但更重要的是，它勾畫出未來實驗的藍圖。

在未來十年，升級的LHCb將提高儀器的靈敏度，由日本的Belle II實驗項目做補充——該項目剛剛啟動。

這些是物質——反物質不對稱性領域的令人興奮的前景。

反物質也是許多其他實驗的核心內容。CERN的Antiproton減速器正在嘗試製造完整的反原子，它能為眾多的實驗提供高精度的測量結果。

國際空間站上的AMS-2正在尋找宇宙起源時的反物質。目前和未來的一些實驗將回答中微子之間是否存在反物質不對稱性的問題。

雖然我們還未徹底解決宇宙物質—反物質難題，但最新發現為高精度測量時代打開了大門。我們有理由樂觀地認為，終有一日，物理學能夠解釋我們為什麼會在這裡。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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