物质和反物质之间有什么区别？一项新的研究发现，有时没有区别。
布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机（RHIC）的科学家发现，反物质质子，称为反质子，当它们足够接近以通过所谓的强核力相互作用时，其行为就像它们的普通物质表亲一样，强核力将质子和中子结合在一起形成原子核。
反物质本质上与物质相反，其中反物质的亚原子粒子（质子和电子）的电荷与普通物质的电荷相反。例如，在普通的物质块中，质子带正电，电子带负电。在反物质中，反质子带负电，而反电子（称为正电子）带正电。当反物质和物质接触时，它们会相互湮灭并产生伽马射线形式的能量。[物理学中9个最大的未解之谜]
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物理学中最令人困惑的谜团之一是为什么宇宙中物质比反物质多。
大多数描述宇宙起源的理论表明，在大约135亿年前的宇宙大爆炸期间，应该产生了等量的物质和反物质。如果发生这种情况，我们所知的世界将不复存在。相反，整个宇宙将充满辐射，因为所有的物质和反物质都将被湮灭。但是由于某种未知的原因，科学家们说，在大爆炸之后，剩下的物质比反物质稍微多一点，因此在最初的湮灭之后，剩下的物质变成了我们现在在宇宙中看到的所有事物。
“这是一个尚未解决的难题，”参与这项新实验的布鲁克海文物理学家唐爱红告诉Live Science。“如果反质子的相互作用方式不同，[这]可能是一个需要考虑的因素。”
为了研究这些相互作用，物理学家们寻找反物质和物质行为方式的差异，使用像RHIC这样的粒子加速器来制造反物质。如果物质和反物质的行为方式不同，那么这可能为物质在宇宙中占主导地位的原因提供一些见解。（天文学家已经搜索了宇宙中可能被早期宇宙遗留下来的反物质主导的区域；如果它们存在，物质主导区域和反物质区域之间的边界将产生伽马射线。然而，到目前为止，美国宇航局的钱德拉X射线天文台和康普顿伽马射线天文台的观测似乎排除了这种可能性。）
根据一种称为电荷宇称（CP）对称性的理论，反物质应该看起来像物质——一块反铁或一团反氢应该表现得与其物质对应物相同。违反这种对称性将意味着情况并非如此。RHIC实验表明，至少对于质子对来说，不存在任何电荷宇称违反。唐说，这意味着使物质成为宇宙中物质主要形式的现象，可能不是反质子相互作用的某些属性。
其他实验已经在更奇异的粒子类型中发现了CP对称性违反的证据，例如卡介子或B介子，但它们本身不足以解释物质对反物质的优势。[我们可能生活在多元宇宙中的5个理由]
为了测量反质子相互作用，科学家们以接近光速的速度向彼此发射金核。当原子核碰撞时，它们变成亚原子粒子的阵雨，其中有成对的反质子。
通常，带相同电荷的质子会相互排斥，但当它们足够接近时，这些力变得不如强核力重要，强核力将反质子结合在一起，就像它对普通质子所做的那样。这一部分符合预期。
“我们实际上制造了反氦-2，”唐说。普通氦气或氦-4由两个质子和两个中子组成，而氦-2只是两个没有中子的质子。
反氦-2和氦-2都不稳定，这意味着它们会迅速衰变。然而，反氦-2持续了足够长的时间，研究人员可以看到反质子是如何相互作用的。实验证实，反质子之间的相互作用与质子之间的相互作用相同。
由于反质子在撞击任何由普通物质制成的物体时都会湮灭，因此在不到一秒的时间内，它们通常会撞击到容纳金核碰撞的腔室侧壁，从而产生了最初创造它们的伽马射线。
该实验验证了所谓的电荷-宇称-时间（CPT）对称性，它是CP对称性的扩展，包括时间。CPT对称性表明，如果您用相反的值替换电荷，将粒子变成它们的镜像并反转时间，物理定律看起来会相同——换句话说，“镜像宇宙”看起来和行为会与我们的宇宙完全一样。
在某些情况下，这种对称性会被违反，但唐指出，反物质——或者至少是这里研究的那种反物质粒子——不应该是其中之一。“物理学家总是假设我们的实验所证明的，”唐说。“我们从不同的角度验证了CPT。”
该研究的发现于11月4日发表在《自然》杂志上。
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