宇宙中物质和反物质应该是对称的吗？并不是

据外国媒体报道，在日本一个矿井的地下洞穴中，科学家建造了一个巨大的水箱来探测一种神秘的基本粒子。多年来，这里一直很安静，似乎什么也没发生。

然而，每隔一段时间，水箱边缘就会出现一道闪光，这是电子或更重的类似粒子(μ子)穿过水体时产生的信号。这些电子和介子是一个幽灵般的微小粒子撞击水分子的残留物。这个粒子是中微子。

多年来，T2K国际合作项目的物理学家一直在计算这些孔的数量。T2K是日本的一个粒子物理实验，它的意思是东京到神冈。在一个名为J-PARC的地下设施中，科学家通过一个加速器创建了一个高密度的μ子中微子束，指向295公里外的超级神冈德。在计算孔径数量时，物理学家在T2K实验中区分了清晰和模糊的孔径。前者是由穿过水体的较重的μ子产生的，而后者是低质量电子的特征。

随着时间的推移，T2K实验的物理学家注意到他们的计算结果有一些偏差。他们认为这种偏离可能有助于解释宇宙中物质的存在。

物质和反物质应该对称吗？不见得

就在大爆炸之后，宇宙中有等量的物质和反物质。这两种物质是彼此的镜像，一旦接触就会湮灭。对应于氢的反物质是反氢的。电子的反物质是带正电的正电子。介子对应于反介子，中微子对应于反中微子，等等。

反物质与物质非常相似。理论上，在宇宙开始时数量相等的物质和反物质应该简单地相互抵消，释放出超强光(高能光子)。然而，事实并非如此。确切的原因仍然是个谜。这种“正负物质的对称性破缺”(对称性破缺)表明这些粒子之间一定有一些基本的区别。不对称可以解释为什么宇宙中有比反物质更多的积极物质，科学家已经发现了其中之一。

夸克代表了这些不对称之一，即组成质子和中子的粒子。早在1964年，物理学家就发现了夸克和反夸克之间的细微差别。夸克是由质子、中子和其他粒子组成的亚原子粒子。它们通过微弱的力量相互作用。然而，夸克的不对称性太小，无法解释物质的存在。宇宙中一定还有其他不对称。

在其他关于不对称的理论中，涉及到一类叫做轻子的粒子。轻子是一种基本粒子，自旋为1/2，不参与强相互作用，包括中微子、μ子和电子。如果轻子和它们的反物质对应物之间存在不对称，随着时间的推移，不仅会导致轻子过剩，也会导致重子过剩。重子是由三个夸克组成的复合粒子，构成了原子的大部分质量(质子和中子)。

T2K实验的科学家试图在水箱中找到轻子不对称的证据。物理学家认为，当中微子从一种味道“振荡”到另一种味道时，轻子不对称就会出现。

中微子可能是关键

中微子有三种类型(也称为三种“味道”)，即电中微子、μ中微子和τ中微子。每种味道都有自己的反中微子。所有这些粒子——中微子和反中微子——都在振荡，这意味着它们会从一种味道变成另一种味道。μ中微子可以变成τ中微子或电中微子。抗利尿激素也可以振荡成tau抗利尿激素或电抗利尿激素。

然而，这些振荡需要时间。这也是为什么T2K实验必须将中微子束加速器与水箱(即超级神冈德)分开数百公里。中微子束传播的过程给μ中微子束时间振荡成电中微子。T2K实验正在寻找μ中微子转化为电子中微子的证据。

即使在这种情况下，电中微子也很难被探测到。穿过超级卡米诺坎德的电中微子很少与水分子碰撞，并将它们转化为电子，产生奇特的微弱光。

然而，经过多年的努力，超级神冈德已经探测到数百次中微子和反中微子振荡，足以得出一些真正的结论。

在4月15日发表在《自然》杂志上的一篇论文中，T2K实验的物理学家报告说，中微子束和反中微子束之间差异的置信水平是95%，这有力地证明了物质-反物质不对称部分来自中微子。

目前，获得的信息仍然非常有限。T2K实验直接测量的所有结果都是弱中微子和低能中微子行为的不对称性。为了充分理解这种不对称性及其对宇宙演化的影响，理论物理学家必须将这些数据外推至高能中微子，并研究在其他轻子中是否存在类似的情况。

至于T2K合作项目，下一步将是收集更多的数据，将结果的可信度提高到95%以上。此外，在这个日本矿井中建造更先进的下一代“超级巨型信冈探测器”的努力，以及在美国建造的被称为“深层地下中微子实验”(DUNE)的相关物理实验，也可能加快研究的步伐。也许在不久的将来，我们将真正解决早期宇宙中物质-反物质的不对称难题。(任天)