以下文章經 The Conversation許可轉載，這是一個報道最新研究的線上出版物。
我們為何存在？這可以說是最深刻的問題，而且似乎完全超出了粒子物理學的範疇。但是，我們在歐洲核子研究中心大型強子對撞機上進行的新實驗使我們離解開這個謎團更近了一步。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
為了理解原因，讓我們回到大約138億年前的宇宙大爆炸。這次事件產生了等量的構成你的物質和一種叫做反物質的東西。人們認為，每個粒子都有一個反物質伴侶，它與自身幾乎完全相同，但電荷相反。當粒子和它的反粒子相遇時，它們會互相湮滅——在瞬間的光芒中消失。
我們今天看到的宇宙完全由物質構成的原因是現代物理學中最偉大的謎團之一。如果曾經存在等量的反物質，宇宙中的一切都會被湮滅。我們的研究揭示了物質和反物質之間不對稱性的新來源。
反物質最初由亞瑟·舒斯特（Arthur Schuster）在1896年提出，由保羅·狄拉克（Paul Dirac）在1928年給出了理論基礎，並在1932年由卡爾·安德森（Carl Anderson）以反電子（被稱為正電子）的形式發現。正電子出現在天然放射性過程中，例如鉀-40的衰變。這意味著你的普通香蕉（含有鉀）每75分鐘會發射一個正電子。然後它們與物質電子湮滅，產生光。PET掃描器等醫療應用在相同的過程中產生反物質。
構成原子的物質的基本組成部分是稱為夸克和輕子的基本粒子。有六種夸克：上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。同樣，有六種輕子：電子、μ子、τ子和三種中微子。這些十二種粒子也有反物質副本，它們僅在電荷上有所不同。
原則上，反物質粒子應該是其正常伴侶的完美映象。但實驗表明，情況並非總是如此。例如，以稱為介子的粒子為例，它們由一個夸克和一個反夸克組成。中性介子有一個迷人的特徵：它們可以自發地變成反介子，反之亦然。在這個過程中，夸克變成反夸克，或者反夸克變成夸克。但實驗表明，這種情況在一個方向上發生的頻率可能比相反方向更高——隨著時間的推移，產生更多的物質而不是反物質。
第三次魅力
在含有夸克的粒子中，只有那些包含奇異夸克和底夸克的粒子被發現表現出這種不對稱性——這些都是非常重要的發現。1964年首次觀察到涉及奇異粒子的不對稱性，使理論家能夠預測六種夸克的 存在——當時只知道存在三種。2001年發現底粒子中的不對稱性是對導致六夸克圖景的機制的最終確認。這兩項發現都獲得了諾貝爾獎。
奇異夸克和底夸克都帶有負電荷。理論上唯一應該能夠形成可以表現出物質-反物質不對稱性的粒子的帶正電夸克是粲夸克。理論表明，如果它確實存在，那麼這種效應應該是微小的且難以檢測的。
但是，LHCb實驗現在首次成功觀察到稱為D介子（由粲夸克組成）的粒子中的這種不對稱性。這成為可能歸功於LHC碰撞中直接產生的前所未有的粲粒子數量，這是我十年前率先提出的。結果表明，這僅僅是統計波動的可能性約為十億分之五十。
如果這種不對稱性不是來自導致奇異夸克和底夸克不對稱性的相同機制，那麼就為可能增加早期宇宙中總不對稱性的物質-反物質不對稱性的新來源留下了空間。這很重要，因為少數已知的不對稱性案例無法解釋為什麼宇宙包含如此多的物質。僅粲夸克的發現不足以填補這一空白，但它是理解基本粒子相互作用的重要拼圖。
後續步驟
這一發現之後將會有更多的理論工作，這將有助於解釋結果。但更重要的是，它將概述進一步的測試，以加深對我們發現的理解——其中一些測試已經在進行中。
在未來十年中，升級後的LHCb實驗將提高對此類測量的靈敏度。這將得到日本的Belle II實驗的補充，該實驗剛剛開始執行。這些都是研究物質-反物質不對稱性的令人興奮的前景。
反物質也是許多其他實驗的核心。整個反原子正在歐洲核子研究中心的反質子減速器中產生，該減速器為許多進行高精度測量的實驗提供支援。AMS-2實驗在國際空間站上尋找宇宙起源的反物質。目前和未來的許多實驗將解決中微子中是否存在反物質-物質不對稱性的問題。
雖然我們仍然無法完全解開宇宙物質-反物質不對稱性的謎團，但我們最新的發現為精確測量時代打開了大門，這些測量有可能揭示尚未知的現象。我們完全有理由樂觀地認為，物理學有一天能夠解釋我們為何存在。
本文最初發表於 The Conversation。閱讀 原文。