我們可能離破解宇宙中最大和最基本的謎團之一又近了一大步。
科學家認為，宇宙誕生於近 140 億年前，它包含等量的物質及其奇異的對應物，反物質。反物質粒子與其“正常”表親具有相同的質量，但電荷相反。也許最著名的例子是電子（正常，帶負電）和正電子（反物質，帶正電）。
當物質和反物質粒子碰撞時，它們會以完美的效率湮滅，轉化為 100% 的純能量。（這個方便的事實是科幻作家喜歡在他們的星際飛船上安裝物質-反物質引擎的原因。）
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謎團就在於此：如果宇宙誕生時有等量的粒子和反粒子，它們應該都已找到並相互湮滅，使我們的宇宙完全喪失了它們。但這顯然沒有發生，因為你的存在清楚地表明瞭這一點。最終物質比反物質略有過剩——僅僅是每十億對物質-反物質對中有一個粒子。
多年來，物理學家已經收集了一些關於這種物質過剩之謎的線索。例如，在 20 世紀 60 年代，他們發現夸克和反夸克的行為並不完全相同。但是，這種對“電荷共軛宇稱反演對稱性”或簡稱 CP 對稱性的違反，不足以解釋物質-反物質的不對稱性。
然而，另一種型別的對稱性違反可能就是答案。畢竟，夸克——質子和中子的組成部分——並不是唯一存在的亞原子粒子。它們有被稱為輕子的親屬，輕子類別包括電子、μ子、τ粒子和中微子。（反過來，夸克和輕子是費米子，是亞原子粒子的兩個主要類別之一。另一個類別是玻色子，其中包括力載體粒子，如光子、膠子、希格斯玻色子和尚未證實的引力子。）
一項新的研究認真尋找了中微子中 CP 對稱性違反的跡象，並得出了一些有趣的結果。資料主要來自 T2K 專案，該專案在日本東海市的日本質子加速器研究中心，根據實驗設定，產生中微子或反中微子束流。
絕大多數束流粒子像我們的星球不存在一樣，穿過地球。（中微子，暱稱“幽靈粒子”，就是這麼奇怪。）但少數粒子被位於東海 183 英里（295 公里）外的神岡觀測站的地下探測器標記出來。該探測器是一個裝滿 55,000 噸（50,000 公噸）超純水的罐。當中微子與罐中的中子相互作用時，會產生 μ 子或電子。靈敏的裝置會拾取這些次級粒子。
此類探測包含大量資訊。例如，隨著中微子的傳播，它們在三種不同的“味”之間振盪：電子味、μ子味和 τ 子味。（是的，味的名字令人困惑，因為電子、μ 子和 τ 子也是不同粒子的名稱。但粒子物理學就是令人困惑！）味型別決定了與中子碰撞期間產生的次級粒子型別。
T2K 合作組織分析了該專案從 2009 年到 2018 年收集的資料，以及來自類似實驗的觀測結果。在今天（4 月 15 日）線上發表在《自然》雜誌上的新研究中，研究人員報告說，他們發現證據表明中微子和反中微子的振盪方式不同。
“結果排除了 CP 守恆（也就是說，他們暗示發生了 CP 破壞），置信度為 95%，並表明 CP 破壞引數可能很大，”英國杜倫大學的西爾維婭·帕斯科利和美國能源部費米實驗室的傑西卡·特納物理學家在同一期《自然》雜誌的隨附“新聞與觀點”文章中寫道。
“這些結果可能是我們宇宙中物質-反物質不對稱性起源的首次跡象，”未參與這項新研究的帕斯科利和特納補充道。
然而，需要明確的是：結果本身並不是中微子和反中微子 CP 破壞的令人信服的證明。
“我們看到了一些跡象，”日本京都大學的研究主要作者市川敦子透過電子郵件告訴 Space.com。“目前的結果是觀察 CP 破壞的重要一步。”
市川強調，下一步需要更多資料。但關於這方面有一個好訊息：幾項下一代中微子實驗已經在進行中。帕斯科利和特納指出，例如，日本的 T2HK 將與 T2K 相似但功能更強大，已於 2 月份獲得正式批准。深地中微子實驗 (DUNE) 將在費米實驗室以及南達科他州的探測器中使用光束，計劃於 2020 年代中期上線。
帕斯科利和特納寫道，T2HK 和 DUNE 將“提供互補的技術和測量”。“它們可能會在未來 15 年內為我們提供 CP 破壞探索的明確答案。”
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