物理学中最大的谜团之一是宇宙中为什么会有物质存在。本周，位于世界上最大的原子加速器——大型强子对撞机的一组物理学家可能更接近找到答案：他们发现，与构成我们熟悉物体的质子和中子属于同一家族的粒子，其行为方式与它们的反物质对应物略有不同。
虽然 物质和反物质 具有所有相同的属性，但反物质粒子携带的电荷与物质中的电荷相反。例如，在一块铁中，质子带正电，电子带负电。一块反物质铁将具有带负电的反质子和带正电的反电子（称为正电子）。如果物质和反物质接触，它们会互相湮灭并转化为光子（或偶尔，一些轻量级粒子，如中微子）。除此之外，一块物质和反物质应该以相同的方式表现，甚至看起来也应该相同——这种现象被称为电荷宇称（CP）对称性。[物理学中18个最大的未解之谜]
除了相同的行为之外，CP对称性还意味着在大爆炸时形成的物质和反物质的数量，大约在137亿年前，应该是相等的。显然事实并非如此，因为如果是那样的话，那么宇宙中所有的物质和反物质都会在开始时就被湮灭，甚至人类也不会存在。
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但是，如果这种对称性存在违反——意味着某些反物质的行为方式与其物质对应物不同——那么这种差异或许可以解释为什么今天物质会存在。
为了寻找这种违反，位于 大型强子对撞机，一个位于瑞士和法国地下的17英里长（27公里）的环形加速器中的物理学家，观察到了一种称为λb重子的粒子。重子包括构成普通物质的粒子类别；质子和中子都是重子。重子由夸克组成，反物质重子由反夸克组成。夸克和反夸克都 有六种“味”：上、下、顶、底（或美）、奇异和粲，科学家们这样称呼不同的种类。λb由一个上夸克、一个下夸克和一个底夸克组成。（质子由两个上夸克和一个下夸克组成，而中子由两个下夸克和一个上夸克组成。）
如果λ及其反物质同胞表现出CP对称性，那么预计它们的衰变方式应该相同。然而，研究小组发现λb和反λb粒子的衰变方式不同。λ的衰变方式有两种：衰变成一个质子和两个带电粒子，称为π介子（或 pions），或者衰变成一个质子和两个K介子（或 kaons）。当粒子衰变时，它们会以一定的角度抛出它们的子粒子。物质和反物质λ都这样做了，但角度不同。[关于夸克的7个奇怪事实]
这并非物质和反物质首次表现出不同的行为。在20世纪60年代，科学家们研究了K介子本身，它们的衰变方式也与反物质对应物不同。B介子——由一个底夸克和一个上、下、奇异或粲夸克组成——也表现出类似的“违反”行为。
然而，介子与重子不太一样。介子是夸克和反夸克对。重子仅由普通夸克组成，而反重子仅由反夸克组成。以前从未观察到重子和反重子衰变之间的差异。
波兰科学院核物理研究所的副教授马尔钦·库哈尔奇克（Marcin Kucharczyk）告诉《生命科学》杂志，该研究所参与了大型强子对撞机实验，“现在我们有了一些关于 重子的发现”。“当你观察到介子时，并不明显对于重子来说情况也是一样的。”
虽然结果令人兴奋，但还不够可靠，不能算作一项发现。对于物理学家来说，统计显著性的衡量标准是5个西格玛，这是一种检查数据是否可能偶然发生的方法。西格玛指的是标准偏差，5个西格玛意味着结果偶然发生的几率只有350万分之一。这项实验达到了3.3个西格玛——很好，但还不够。（也就是说，3.3个西格玛意味着观测结果随机发生的几率约为4200分之一，或者说置信水平约为99%。）
库哈尔奇克说，这些发现并不能完全解答物质主导宇宙之谜。
“它不能完全解释这种不对称性，”他说。“未来，我们将有更多的统计数据，也许还会针对其他重子。”
这些发现详见1月30日出版的《自然物理学》杂志。
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