反物质宇宙去哪里了？日本科学家最新成果暗示一种可能的原因

腾讯太空讯 科学家认为，大约140亿年前，也就是宇宙诞生之时，就包含了等量的物质和相应的反物质。反物质粒子的质量与常规物质粒子的相同，但电荷相反。

一个典型例子就是带负电荷的电子和带正电荷的正电子。当物质粒子和反物质粒子碰撞时，会以完美的效率湮灭，转化为100%的纯能量。

但其中有个问题，如果宇宙诞生时粒子和反粒子的数量相等，双方都应该会找到对方并消灭对方，从而在宇宙中全然消失。

显然，这件事没发生，因为星球和人类的存在就是证明。结果是，物质比反物质多了一点点，每10亿对物质与反物质中，多出1个物质粒子。

理论上讲，对于每一种物质粒子，都有一种反物质粒子与之完全匹配，只是电荷相反。这一概念叫做CP对称。因为早期宇宙中，还有些物质幸存下来，这就说明物质与反物质间还有不对称，这种不对称就称为CP破坏。

多年来，物理学家对于这个多出来的物质，已收集了一些线索。比如，上世纪60年代，科学家发现夸克与反夸克的行为并不完全相同。但是这种违反CP对称的现象，还不足以解释物质与反物质的不对称。

不过，这也可能是另一种类型的对称性破坏。毕竟，构成质子和中子的基本粒子夸克，并不是唯一的亚原子粒子。与夸克相近的还有轻子，而轻子又包括电子、μ子、τ粒子和中微子。

据外媒报道，一项致力于寻找中微子中CP破坏迹象的新研究现已得出一些有趣的结果。

数据主要来自T2K项目。该项目在日本东海质子加速器研究中心进行，根据实验设置，以产生中微子或反中微子束。

束流中的绝大多数的中微子都能穿过地球，好像地球根本不存在一样。但是，在距东海质子加速器研究中心295公里的神冈探测器标记到了一些中微子。

该探测器包含一个装满5.5万吨纯水的容器。当中微子与容器中的中子相互作用时，可以产生一个μ子或一个电子。灵敏的仪器就会把这些次级粒子收集起来。

比如，当中微子移动时，会在电子中微子、μ子中微子和τ子中微子之间振荡。

在不同粒子间振荡，决定了其与中子碰撞时会产生何种次级粒子。这类探测能获取很多信息。

T2K团队分析了该研究从2009年到2018年收集的数据，以及类似实验的观察结果。

该新研究于4月15日发表在《自然》杂志网络版上。研究人员报告称，他们发现了中微子和反中微子以不同方式振荡的证据。

“结果以95%的可信度水平排除了CP对称（换言之，研究人员认为CP破坏已经发生），并表明CP破坏系数可能很大，”

英国杜伦大学物理学家西尔维亚·帕斯科利(Silvia Pascoli)和美国能源部费米国家加速器实验室的杰西卡·特纳(Jessica Turner)在该期网络杂志“新闻与观点”中写道。

“这些结果，可能是宇宙中物质反物质不对称起源的第一个指示，”帕斯科利和特纳补充道。这两位科学家未参与这项新研究。

不过，需要明确的是，这些结果本身并不能绝对证明中微子和反中微子的CP破坏。

“我们看到了一些指示，目前的结果是观测CP破坏的一个重要步骤，”新研究第一作者、日本京都大学的Atsuko K. Ichikawa写道。他也强调，下一步研究将需要更多数据。

令人振奋的是，几项新的中微子实验已在进行中。比如，与T2K相似，但比T2K更强大的日本T2HK项目，已于2月被正式批准。

此外，深层地下中微子实验(DUNE)，即从费米实验室发射粒子束至南达科他州探测器，计划在本世纪20年代中期上线。

帕斯科利和特纳表示，T2HK和DUNE在技术和测量上互为补充，在未来15寻找CP破坏的过程中，两者可能会出一个明确答案。

翻译：羽佳 审核：乔辉

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