為什么是“物質(zhì)”構(gòu)成了我們今天的宇宙？（圖片來(lái)源：pixabay）

　　我們經(jīng)常會(huì)在理論物理學(xué)相關(guān)的內(nèi)容中聽(tīng)到或看到一個(gè)稱為“反物質(zhì)（antimatter）”的概念。“反物質(zhì)”顧名思義就是正常物質(zhì)的相反狀態(tài)，這個(gè)概念最初由英國(guó)物理學(xué)家保羅·狄拉克（Paul Dirac）在1928年的論文中做出預(yù)言。

　　“反物質(zhì)”的提出原因是為了解決有關(guān)于量子力學(xué)的問(wèn)題，以及宇宙起源的謎團(tuán)。但一直以來(lái)困擾物理學(xué)家的是，為什么我們今天難以見(jiàn)到所謂的“反物質(zhì)”？換句話說(shuō)，為什么是“物質(zhì)”構(gòu)成了我們今天的宇宙？

　　由于物質(zhì)和反物質(zhì)之間有著完全相反的性質(zhì)，當(dāng)它們相遇時(shí)就會(huì)發(fā)生湮滅。因此，如果在宇宙誕生之初，物質(zhì)和反物質(zhì)的數(shù)量相同，那么宇宙中只會(huì)剩下能量，而沒(méi)有其它任何東西存在。但是顯然，物質(zhì)在某個(gè)時(shí)間里占了上風(fēng)。物質(zhì)與反物質(zhì)的這種不對(duì)稱關(guān)系至今為止仍然是一個(gè)未解之謎。

我們的世界中并沒(méi)有反物質(zhì)，因此需要人為地進(jìn)行制造（圖片來(lái)源：pixabay）

　　不過(guò)，最近歐洲核子研究中心（法語(yǔ)Conseil Européenn pour la Recherche Nucléaire，簡(jiǎn)稱CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（Large Hadron Collider，簡(jiǎn)稱LHC）卻獲得了一個(gè)令人驚喜的結(jié)果。這座大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是世界上規(guī)模最大的粒子加速器，物理學(xué)家可以借助它進(jìn)行理論物理學(xué)的研究。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)通過(guò)產(chǎn)生高能量讓質(zhì)子發(fā)生碰撞，在碰撞的過(guò)程中就會(huì)形成粒子和反粒子（antiparticle）。在我們的世界中并沒(méi)有反物質(zhì)，這是人為制造反物質(zhì)的方法之一。

　　來(lái)自美國(guó)雪城大學(xué)專攻夸克的研究團(tuán)隊(duì)與歐洲核子研究中心開(kāi)展合作，希望從這些對(duì)撞結(jié)果中找到新的發(fā)現(xiàn)。雪城大學(xué)的研究人員對(duì)于粲夸克（charm quark）格外注意。從大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的數(shù)據(jù)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，粲夸克在衰變?yōu)楦€(wěn)定的產(chǎn)物之前可以存在一段時(shí)間。這意味著粲夸克的物質(zhì)-反物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系是不對(duì)稱的。這可能就是物質(zhì)多于反物質(zhì)的原因之一。

　　我們知道，夸克（quark）是一種基本粒子，夸克的相互結(jié)合才有了構(gòu)成原子核的質(zhì)子、中子這些穩(wěn)定的強(qiáng)子（hadron）。通過(guò)碰撞的數(shù)據(jù)，物理學(xué)家可以從中了解到粒子由不穩(wěn)定轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的具體過(guò)程。夸克有6種“味（flavor）”，分別是上、下夸克，粲(càn)、奇(qí)夸克和頂、底夸克。每對(duì)夸克都有相應(yīng)的質(zhì)量和電荷。

這些研究成果可能預(yù)示著有標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理學(xué)（圖片來(lái)源：pixabay）

　　過(guò)去物理學(xué)家只在奇夸克（strange quark）和底夸克（bottom quark）上發(fā)現(xiàn)過(guò)這個(gè)不對(duì)稱性，而上、下夸克（up quark & down quark）太過(guò)穩(wěn)定、頂夸克（top quark）壽命太短，此次發(fā)現(xiàn)正好完成了整個(gè)夸克系統(tǒng)關(guān)于這個(gè)性質(zhì)的研究。含有粲夸克的物質(zhì)和反物質(zhì)基本粒子在衰變上存在不同毫無(wú)疑問(wèn)是一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)。

　　研究人員表示，此次測(cè)量的確定性達(dá)到了99.9%，這些研究成果可能預(yù)示著有標(biāo)準(zhǔn)模型（Standard Model）之外的新物理學(xué)。標(biāo)準(zhǔn)模型描述了基本粒子間的相互作用，但直到今天它還是理論物理學(xué)未能完成的豐碑。

　　我們靜待以此為起點(diǎn)的理論嘗試和進(jìn)一步的觀察結(jié)果。盡管新發(fā)現(xiàn)也并不能完全解釋為什么今天我們難以見(jiàn)到反物質(zhì)，但是基本粒子中物質(zhì)-反物質(zhì)的不對(duì)稱性為回答正反物質(zhì)的存在問(wèn)題提供了一個(gè)似乎可行的方向。



關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥(niǎo)知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥(niǎo)相關(guān)科普知識(shí)