物质、能量、时间和空间……已知所有的一切都始于138亿年前的大爆炸。
根据已知的物理学定律,在大爆炸之后,宇宙中应当产生了等量的物质和反物质。而我们知道,当物质和反物质相遇时,它们会湮灭,以光子的形式释放出能量。这就意味着,理论上,在宇宙最初的时刻,物质和反物质就应该全部湮灭,使宇宙中只剩下能量。如果是这样,那么今天的宇宙就不会有星系、恒星、行星,甚至是你、我的存在了。
幸运的是,这一切并没有发生,否则我们也不会在这里对我们的存在感到疑惑。那么,究竟是什么导致了物质和反物质之间的轻微不对称性,使今天的宇宙全是由物质而不是反物质组成的?这是当今物理学最大的谜团之一。
1967年,物理学家Andrei Sakharov提出,如果宇宙满足三个条件那么就有可能演化出一个由物质主导的世界,其中一个条件便是CP对称性必须被打破(或者说CP破坏)。简单来说,CP对称性指的是,在一个镜像世界中,反粒子的行为应当和粒子完全相同。
在过去的几十年中,物理学家已经发现夸克和反夸克打破了CP对称性,但从夸克中所观察到的CP破坏的量完全不足以解释最初的物质和反物质之间的不对称性。2020年,物理学家也首次报告了他们在轻子中发现了CP破坏的证据。如果结果进一步确认,这将是CP破坏的全新来源。
现在,世界各地的大型实验仍在努力,希望找出物质和反物质之间的微小差异。随着实验测量的精度不断提高,我们终将解开我们的存在之谜。
参考来源:
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04998-2
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04440-7
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04203-w
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01000-9
云室图片来源:Carl D. Anderson, /Physical Review/ Vol.43, p491(1933)