以下文章經許可轉載自 The Conversation，這是一個報道最新研究的線上出版物。
當像我這樣的理論物理學家說我們正在研究宇宙存在的原因時，我們聽起來像哲學家。但研究人員使用日本的斯巴魯望遠鏡收集的新資料揭示了關於這個問題的見解。
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大爆炸 在138億年前啟動了我們所知的宇宙。粒子物理學中的許多理論認為，在宇宙誕生時創造的所有物質中，應該同時創造出等量的反物質。反物質像物質一樣具有質量並佔據空間。但是，反物質粒子表現出與其對應的物質粒子相反的特性。
當物質和反物質碰撞時，它們會在劇烈的爆炸中相互湮滅，只留下能量。關於預測物質和反物質的創造具有相等平衡的理論的令人困惑之處在於，如果它們是真的，兩者將完全相互湮滅，使宇宙空無一物。因此，在宇宙誕生之初，一定有更多的物質而不是反物質，因為宇宙不是空的——它充滿了由物質構成的東西，例如星系、恆星和行星。少量反物質存在於我們周圍，但非常罕見。
作為一名研究斯巴魯資料的物理學家，我對這個所謂的物質-反物質不對稱問題很感興趣。在我們最近的研究中，我的合作者和我發現，望遠鏡對遙遠星系中氦的含量和型別的新測量可能為這個長期存在的謎團提供解決方案。
大爆炸之後
在大爆炸後的最初幾毫秒內，宇宙是熾熱、稠密且充滿了基本粒子，如質子、中子和電子，它們在等離子體中游動。在這個粒子池中還存在著中微子，它們是非常微小、弱相互作用的粒子，以及它們的反物質對應物，反中微子。
物理學家認為，大爆炸發生僅一秒鐘後，輕元素如氫和氦的原子核開始形成。這個過程被稱為大爆炸核合成。形成的原子核大約是75% 的氫原子核和 24% 的氦原子核，外加少量的較重原子核。
物理學界關於這些原子核形成的最廣泛接受的理論告訴我們，中微子和反中微子在，特別是氦原子核的形成中起著至關重要的作用。
早期宇宙中氦的創造分兩個步驟進行。首先，中子和質子在涉及中微子和反中微子的一系列過程中相互轉換。隨著宇宙冷卻，這些過程停止了，並且質子與中子的比例被設定。
作為理論物理學家，我們可以建立模型來測試質子與中子的比率如何取決於早期宇宙中中微子和反中微子的相對數量。如果存在更多的中微子，那麼我們的模型顯示，作為結果，將存在更多的質子和更少的中子。
隨著宇宙冷卻，氫、氦和其他元素由這些質子和中子形成。氦由兩個質子和兩個中子組成，氫僅由一個質子且沒有中子組成。因此，早期宇宙中可用的中子越少，產生的氦就越少。
由於在大爆炸核合成期間形成的原子核至今仍然可以觀察到，科學家可以推斷出早期宇宙中存在多少中微子和反中微子。他們透過專門觀察富含氫和氦等輕元素的星系來實現這一點。
氦中的線索
去年，斯巴魯合作組織（一群研究斯巴魯望遠鏡的日本科學家）釋出了關於我們自己的星系之外的10個星系的資料，這些星系幾乎完全由氫和氦組成。
使用一種允許研究人員根據望遠鏡中觀察到的光的波長來區分不同元素的技術，斯巴魯科學家確定了這10個星系中每個星系中存在的氦的確切數量。重要的是，他們發現氦的含量少於先前接受的理論所預測的。
有了這個新結果，我的合作者和我倒推回去，找到產生資料中發現的氦丰度所需的中微子和反中微子的數量。回想一下你在九年級數學課上被要求解方程中的“X”的時候。我的團隊所做的本質上是更復雜的版本，其中我們的“X”是中微子或反中微子的數量。
先前接受的理論預測，早期宇宙中應該存在相同數量的中微子和反中微子。但是，當我們調整這個理論以給我們一個與新資料集相匹配的預測時，我們發現中微子的數量大於反中微子的數量。
這一切意味著什麼？
對富含氦的新星系資料的分析具有深遠的意義——它可以用來解釋物質和反物質之間的不對稱性。斯巴魯的資料直接指向了這種不平衡的來源：中微子。在這項研究中，我的合作者和我證明，對氦的新測量結果與早期宇宙中存在更多的中微子然後是反中微子是一致的。透過已知且可能的粒子物理過程，中微子中的不對稱性可能會傳播到所有物質中的不對稱性。
我們研究的結果是理論物理學界中一種常見的結果型別。基本上，我們發現了一種可行的物質-反物質不對稱性產生方式，但這並不意味著它肯定是那樣產生的。資料與我們的理論相符這一事實暗示我們提出的理論可能是正確的，但僅此事實並不意味著它就是正確的。
那麼，這些微小的中微子是回答古老問題“為什麼存在任何事物？”的關鍵嗎？根據這項新研究，它們可能就是。
本文最初發表在 The Conversation上。閱讀 原文。