作者拉尔斯·埃克伦德，《对话》 宇宙中有很多物质，这里是由尘埃和气体组成的猫爪星云
信用:NASA 这是物理学中最大的难题之一
构成我们周围物质的所有粒子，如电子和质子，都有几乎相同的反物质版本，但具有镜像性质，如相反的电荷
当一个反物质和一个物质粒子相遇时，它们会在一瞬间湮灭
如果反物质和物质真的完全相同，但却是彼此的镜像副本，那么它们应该是在大爆炸中等量产生的
问题是那会使它全部毁灭
但是今天，宇宙中几乎没有反物质了——它只出现在一些放射性衰变和一小部分宇宙射线中
那它后来怎么样了？利用欧洲核子研究中心的大型强子对撞机实验来研究物质和反物质之间的差异，我们发现了这种差异出现的新方式
1928年，物理学家保罗·狄拉克描述电子运动的方程预言了反物质的存在
起初，不清楚这只是一个数学上的怪癖还是对一个真实粒子的描述
但是在1932年，卡尔·安德森在研究从太空降落到地球上的宇宙射线时，发现了电子的反物质伙伴——正电子
在接下来的几十年里，物理学家发现所有的物质粒子都有反物质伙伴
科学家们认为，在大爆炸后不久的非常热和致密的状态下，一定有优先考虑物质而不是反物质的过程
这就产生了少量过剩的物质，随着宇宙的冷却，所有的反物质都被等量的物质摧毁或消灭，只剩下少量过剩的物质
正是这种过剩构成了我们今天在宇宙中看到的一切
到底是什么过程导致了过剩还不清楚，物理学家已经寻找了几十年
已知不对称 夸克是物质和轻子的基本组成部分，它们的行为可以解释物质和反物质的区别
夸克有许多不同的种类，或称“味道”，被称为上、下、魅力、奇怪、底部和顶部加上六个相应的反夸克
上夸克和下夸克构成了普通物质原子核中的质子和中子，其他夸克可以由高能过程产生——例如，在加速器中碰撞粒子，如欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机
大型强子对撞机底夸克实验
信用:Maximilien Brice等
/CERN 由一个夸克和一个反夸克组成的粒子被称为介子，有四个中性介子(B0，B0，D0和K0)表现出迷人的行为
它们可以自发地变成它们的反粒子伴侣，然后再回来，这种现象在1960年首次被观察到
由于它们不稳定，它们会在振荡过程中的某个时刻“衰变”——分裂——成其他更稳定的粒子
与反介子相比，介子的衰变略有不同，反介子与振荡结合意味着衰变率随时间变化
振荡和衰变的规则是由一个叫做卡宾博-小林-马斯卡瓦(CKM)机制的理论框架给出的
它预测物质和反物质的行为有所不同，但这种差异太小，不足以在早期宇宙中产生过剩的物质来解释我们今天看到的丰富
这表明有一些我们不理解的东西，研究这个主题可能会挑战我们物理学中一些最基本的理论
新物理？ 我们最近的LHCb实验结果是对中性B0介子的研究，观察它们衰变成带电K介子对
B0介子是由质子在大型强子对撞机中与其他质子碰撞而产生的，在那里它们以每秒3万亿次的速度振荡成反介子并返回
碰撞还产生了反B0介子，它们以同样的方式振荡，给了我们介子和反介子的样本，可以进行比较
我们计算了两个样本的衰变数，并比较了这两个数字，以了解这种差异是如何随着振荡的进行而变化的
有一个微小的差别——更多的衰变发生在B0介子之一上
第一次对于B0介子，我们观察到衰变的差异，或者说不对称性，随着B0介子和反介子之间的振荡而变化
除了成为研究物质-反物质差异的里程碑之外，我们还能够测量不对称的大小
这可以转化为对基础理论的几个参数的测量
将这些结果与其他测量结果进行比较，可以提供一个一致性检查，看看当前被接受的理论是否是对自然的正确描述
由于我们在微观尺度上观察到的物质对反物质的微小偏好不能解释我们在宇宙中观察到的大量物质，因此我们目前的理解很可能是一种更基本理论的近似
研究这个我们知道可以产生物质-反物质不对称的机制，从不同的角度探索它，可能会告诉我们问题出在哪里
以最小的尺度研究世界是我们能够理解我们在最大尺度上所看到的最好的机会
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