物質和反物質之間有什麼區別？一項新的研究發現，有時沒有區別。
布魯克海文國家實驗室相對論重離子對撞機（RHIC）的科學家發現，反物質質子，稱為反質子，當它們足夠接近以透過所謂的強核力相互作用時，其行為就像它們的普通物質表親一樣，強核力將質子和中子結合在一起形成原子核。
反物質本質上與物質相反，其中反物質的亞原子粒子（質子和電子）的電荷與普通物質的電荷相反。例如，在普通的物質塊中，質子帶正電，電子帶負電。在反物質中，反質子帶負電，而反電子（稱為正電子）帶正電。當反物質和物質接觸時，它們會相互湮滅併產生伽馬射線形式的能量。[物理學中9個最大的未解之謎]
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物理學中最令人困惑的謎團之一是為什麼宇宙中物質比反物質多。
大多數描述宇宙起源的理論表明，在大約135億年前的宇宙大爆炸期間，應該產生了等量的物質和反物質。如果發生這種情況，我們所知的世界將不復存在。相反，整個宇宙將充滿輻射，因為所有的物質和反物質都將被湮滅。但是由於某種未知的原因，科學家們說，在大爆炸之後，剩下的物質比反物質稍微多一點，因此在最初的湮滅之後，剩下的物質變成了我們現在在宇宙中看到的所有事物。
“這是一個尚未解決的難題，”參與這項新實驗的布魯克海文物理學家唐愛紅告訴Live Science。“如果反質子的相互作用方式不同，[這]可能是一個需要考慮的因素。”
為了研究這些相互作用，物理學家們尋找反物質和物質行為方式的差異，使用像RHIC這樣的粒子加速器來製造反物質。如果物質和反物質的行為方式不同，那麼這可能為物質在宇宙中占主導地位的原因提供一些見解。（天文學家已經搜尋了宇宙中可能被早期宇宙遺留下來的反物質主導的區域；如果它們存在，物質主導區域和反物質區域之間的邊界將產生伽馬射線。然而，到目前為止，美國宇航局的錢德拉X射線天文臺和康普頓伽馬射線天文臺的觀測似乎排除了這種可能性。）
根據一種稱為電荷宇稱（CP）對稱性的理論，反物質應該看起來像物質——一塊反鐵或一團反氫應該表現得與其物質對應物相同。違反這種對稱性將意味著情況並非如此。RHIC實驗表明，至少對於質子對來說，不存在任何電荷宇稱違反。唐說，這意味著使物質成為宇宙中物質主要形式的現象，可能不是反質子相互作用的某些屬性。
其他實驗已經在更奇異的粒子型別中發現了CP對稱性違反的證據，例如卡介子或B介子，但它們本身不足以解釋物質對反物質的優勢。[我們可能生活在多元宇宙中的5個理由]
為了測量反質子相互作用，科學家們以接近光速的速度向彼此發射金核。當原子核碰撞時，它們變成亞原子粒子的陣雨，其中有成對的反質子。
通常，帶相同電荷的質子會相互排斥，但當它們足夠接近時，這些力變得不如強核力重要，強核力將反質子結合在一起，就像它對普通質子所做的那樣。這一部分符合預期。
“我們實際上製造了反氦-2，”唐說。普通氦氣或氦-4由兩個質子和兩個中子組成，而氦-2只是兩個沒有中子的質子。
反氦-2和氦-2都不穩定，這意味著它們會迅速衰變。然而，反氦-2持續了足夠長的時間，研究人員可以看到反質子是如何相互作用的。實驗證實，反質子之間的相互作用與質子之間的相互作用相同。
由於反質子在撞擊任何由普通物質製成的物體時都會湮滅，因此在不到一秒的時間內，它們通常會撞擊到容納金核碰撞的腔室側壁，從而產生了最初創造它們的伽馬射線。
該實驗驗證了所謂的電荷-宇稱-時間（CPT）對稱性，它是CP對稱性的擴充套件，包括時間。CPT對稱性表明，如果您用相反的值替換電荷，將粒子變成它們的映象並反轉時間，物理定律看起來會相同——換句話說，“映象宇宙”看起來和行為會與我們的宇宙完全一樣。
在某些情況下，這種對稱性會被違反，但唐指出，反物質——或者至少是這裡研究的那種反物質粒子——不應該是其中之一。“物理學家總是假設我們的實驗所證明的，”唐說。“我們從不同的角度驗證了CPT。”
該研究的發現於11月4日發表在《自然》雜誌上。
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