物理學中最大的謎團之一是宇宙中為什麼會有物質存在。本週，位於世界上最大的原子加速器——大型強子對撞機的一組物理學家可能更接近找到答案：他們發現，與構成我們熟悉物體的質子和中子屬於同一家族的粒子，其行為方式與它們的反物質對應物略有不同。
雖然 物質和反物質 具有所有相同的屬性，但反物質粒子攜帶的電荷與物質中的電荷相反。例如，在一塊鐵中，質子帶正電，電子帶負電。一塊反物質鐵將具有帶負電的反質子和帶正電的反電子（稱為正電子）。如果物質和反物質接觸，它們會互相湮滅並轉化為光子（或偶爾，一些輕量級粒子，如中微子）。除此之外，一塊物質和反物質應該以相同的方式表現，甚至看起來也應該相同——這種現象被稱為電荷宇稱（CP）對稱性。[物理學中18個最大的未解之謎]
除了相同的行為之外，CP對稱性還意味著在大爆炸時形成的物質和反物質的數量，大約在137億年前，應該是相等的。顯然事實並非如此，因為如果是那樣的話，那麼宇宙中所有的物質和反物質都會在開始時就被湮滅，甚至人類也不會存在。
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但是，如果這種對稱性存在違反——意味著某些反物質的行為方式與其物質對應物不同——那麼這種差異或許可以解釋為什麼今天物質會存在。
為了尋找這種違反，位於 大型強子對撞機，一個位於瑞士和法國地下的17英里長（27公里）的環形加速器中的物理學家，觀察到了一種稱為λb重子的粒子。重子包括構成普通物質的粒子類別；質子和中子都是重子。重子由夸克組成，反物質重子由反夸克組成。夸克和反夸克都 有六種“味”：上、下、頂、底（或美）、奇異和粲，科學家們這樣稱呼不同的種類。λb由一個上夸克、一個下夸克和一個底夸克組成。（質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，而中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。）
如果λ及其反物質同胞表現出CP對稱性，那麼預計它們的衰變方式應該相同。然而，研究小組發現λb和反λb粒子的衰變方式不同。λ的衰變方式有兩種：衰變成一個質子和兩個帶電粒子，稱為π介子（或 pions），或者衰變成一個質子和兩個K介子（或 kaons）。當粒子衰變時，它們會以一定的角度丟擲它們的子粒子。物質和反物質λ都這樣做了，但角度不同。[關於夸克的7個奇怪事實]
這並非物質和反物質首次表現出不同的行為。在20世紀60年代，科學家們研究了K介子本身，它們的衰變方式也與反物質對應物不同。B介子——由一個底夸克和一個上、下、奇異或粲夸克組成——也表現出類似的“違反”行為。
然而，介子與重子不太一樣。介子是夸克和反夸克對。重子僅由普通夸克組成，而反重子僅由反夸克組成。以前從未觀察到重子和反重子衰變之間的差異。
波蘭科學院核物理研究所的副教授馬爾欽·庫哈爾奇克（Marcin Kucharczyk）告訴《生命科學》雜誌，該研究所參與了大型強子對撞機實驗，“現在我們有了一些關於 重子的發現”。“當你觀察到介子時，並不明顯對於重子來說情況也是一樣的。”
雖然結果令人興奮，但還不夠可靠，不能算作一項發現。對於物理學家來說，統計顯著性的衡量標準是5個西格瑪，這是一種檢查資料是否可能偶然發生的方法。西格瑪指的是標準偏差，5個西格瑪意味著結果偶然發生的機率只有350萬分之一。這項實驗達到了3.3個西格瑪——很好，但還不夠。（也就是說，3.3個西格瑪意味著觀測結果隨機發生的機率約為4200分之一，或者說置信水平約為99%。）
庫哈爾奇克說，這些發現並不能完全解答物質主導宇宙之謎。
“它不能完全解釋這種不對稱性，”他說。“未來，我們將有更多的統計資料，也許還會針對其他重子。”
這些發現詳見1月30日出版的《自然物理學》雜誌。
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