以下文章经许可转载自 The Conversation，这是一个报道最新研究的在线出版物。
当像我这样的理论物理学家说我们正在研究宇宙存在的原因时，我们听起来像哲学家。但研究人员使用日本的斯巴鲁望远镜收集的新数据揭示了关于这个问题的见解。
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大爆炸 在138亿年前启动了我们所知的宇宙。粒子物理学中的许多理论认为，在宇宙诞生时创造的所有物质中，应该同时创造出等量的反物质。反物质像物质一样具有质量并占据空间。但是，反物质粒子表现出与其对应的物质粒子相反的特性。
当物质和反物质碰撞时，它们会在剧烈的爆炸中相互湮灭，只留下能量。关于预测物质和反物质的创造具有相等平衡的理论的令人困惑之处在于，如果它们是真的，两者将完全相互湮灭，使宇宙空无一物。因此，在宇宙诞生之初，一定有更多的物质而不是反物质，因为宇宙不是空的——它充满了由物质构成的东西，例如星系、恒星和行星。少量反物质存在于我们周围，但非常罕见。
作为一名研究斯巴鲁数据的物理学家，我对这个所谓的物质-反物质不对称问题很感兴趣。在我们最近的研究中，我的合作者和我发现，望远镜对遥远星系中氦的含量和类型的新测量可能为这个长期存在的谜团提供解决方案。
大爆炸之后
在大爆炸后的最初几毫秒内，宇宙是炽热、稠密且充满了基本粒子，如质子、中子和电子，它们在等离子体中游动。在这个粒子池中还存在着中微子，它们是非常微小、弱相互作用的粒子，以及它们的反物质对应物，反中微子。
物理学家认为，大爆炸发生仅一秒钟后，轻元素如氢和氦的原子核开始形成。这个过程被称为大爆炸核合成。形成的原子核大约是75% 的氢原子核和 24% 的氦原子核，外加少量的较重原子核。
物理学界关于这些原子核形成的最广泛接受的理论告诉我们，中微子和反中微子在，特别是氦原子核的形成中起着至关重要的作用。
早期宇宙中氦的创造分两个步骤进行。首先，中子和质子在涉及中微子和反中微子的一系列过程中相互转换。随着宇宙冷却，这些过程停止了，并且质子与中子的比例被设定。
作为理论物理学家，我们可以创建模型来测试质子与中子的比率如何取决于早期宇宙中中微子和反中微子的相对数量。如果存在更多的中微子，那么我们的模型显示，作为结果，将存在更多的质子和更少的中子。
随着宇宙冷却，氢、氦和其他元素由这些质子和中子形成。氦由两个质子和两个中子组成，氢仅由一个质子且没有中子组成。因此，早期宇宙中可用的中子越少，产生的氦就越少。
由于在大爆炸核合成期间形成的原子核至今仍然可以观察到，科学家可以推断出早期宇宙中存在多少中微子和反中微子。他们通过专门观察富含氢和氦等轻元素的星系来实现这一点。
氦中的线索
去年，斯巴鲁合作组织（一群研究斯巴鲁望远镜的日本科学家）发布了关于我们自己的星系之外的10个星系的数据，这些星系几乎完全由氢和氦组成。
使用一种允许研究人员根据望远镜中观察到的光的波长来区分不同元素的技术，斯巴鲁科学家确定了这10个星系中每个星系中存在的氦的确切数量。重要的是，他们发现氦的含量少于先前接受的理论所预测的。
有了这个新结果，我的合作者和我倒推回去，找到产生数据中发现的氦丰度所需的中微子和反中微子的数量。回想一下你在九年级数学课上被要求解方程中的“X”的时候。我的团队所做的本质上是更复杂的版本，其中我们的“X”是中微子或反中微子的数量。
先前接受的理论预测，早期宇宙中应该存在相同数量的中微子和反中微子。但是，当我们调整这个理论以给我们一个与新数据集相匹配的预测时，我们发现中微子的数量大于反中微子的数量。
这一切意味着什么？
对富含氦的新星系数据的分析具有深远的意义——它可以用来解释物质和反物质之间的不对称性。斯巴鲁的数据直接指向了这种不平衡的来源：中微子。在这项研究中，我的合作者和我证明，对氦的新测量结果与早期宇宙中存在更多的中微子然后是反中微子是一致的。通过已知且可能的粒子物理过程，中微子中的不对称性可能会传播到所有物质中的不对称性。
我们研究的结果是理论物理学界中一种常见的结果类型。基本上，我们发现了一种可行的物质-反物质不对称性产生方式，但这并不意味着它肯定是那样产生的。数据与我们的理论相符这一事实暗示我们提出的理论可能是正确的，但仅此事实并不意味着它就是正确的。
那么，这些微小的中微子是回答古老问题“为什么存在任何事物？”的关键吗？根据这项新研究，它们可能就是。
本文最初发表在 The Conversation上。阅读 原文。