以下文章经 The Conversation许可转载，这是一个报道最新研究的在线出版物。
我们为何存在？这可以说是最深刻的问题，而且似乎完全超出了粒子物理学的范畴。但是，我们在欧洲核子研究中心大型强子对撞机上进行的新实验使我们离解开这个谜团更近了一步。
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为了理解原因，让我们回到大约138亿年前的宇宙大爆炸。这次事件产生了等量的构成你的物质和一种叫做反物质的东西。人们认为，每个粒子都有一个反物质伴侣，它与自身几乎完全相同，但电荷相反。当粒子和它的反粒子相遇时，它们会互相湮灭——在瞬间的光芒中消失。
我们今天看到的宇宙完全由物质构成的原因是现代物理学中最伟大的谜团之一。如果曾经存在等量的反物质，宇宙中的一切都会被湮灭。我们的研究揭示了物质和反物质之间不对称性的新来源。
反物质最初由亚瑟·舒斯特（Arthur Schuster）在1896年提出，由保罗·狄拉克（Paul Dirac）在1928年给出了理论基础，并在1932年由卡尔·安德森（Carl Anderson）以反电子（被称为正电子）的形式发现。正电子出现在天然放射性过程中，例如钾-40的衰变。这意味着你的普通香蕉（含有钾）每75分钟会发射一个正电子。然后它们与物质电子湮灭，产生光。PET扫描仪等医疗应用在相同的过程中产生反物质。
构成原子的物质的基本组成部分是称为夸克和轻子的基本粒子。有六种夸克：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。同样，有六种轻子：电子、μ子、τ子和三种中微子。这些十二种粒子也有反物质副本，它们仅在电荷上有所不同。
原则上，反物质粒子应该是其正常伴侣的完美镜像。但实验表明，情况并非总是如此。例如，以称为介子的粒子为例，它们由一个夸克和一个反夸克组成。中性介子有一个迷人的特征：它们可以自发地变成反介子，反之亦然。在这个过程中，夸克变成反夸克，或者反夸克变成夸克。但实验表明，这种情况在一个方向上发生的频率可能比相反方向更高——随着时间的推移，产生更多的物质而不是反物质。
第三次魅力
在含有夸克的粒子中，只有那些包含奇异夸克和底夸克的粒子被发现表现出这种不对称性——这些都是非常重要的发现。1964年首次观察到涉及奇异粒子的不对称性，使理论家能够预测六种夸克的 存在——当时只知道存在三种。2001年发现底粒子中的不对称性是对导致六夸克图景的机制的最终确认。这两项发现都获得了诺贝尔奖。
奇异夸克和底夸克都带有负电荷。理论上唯一应该能够形成可以表现出物质-反物质不对称性的粒子的带正电夸克是粲夸克。理论表明，如果它确实存在，那么这种效应应该是微小的且难以检测的。
但是，LHCb实验现在首次成功观察到称为D介子（由粲夸克组成）的粒子中的这种不对称性。这成为可能归功于LHC碰撞中直接产生的前所未有的粲粒子数量，这是我十年前率先提出的。结果表明，这仅仅是统计波动的可能性约为十亿分之五十。
如果这种不对称性不是来自导致奇异夸克和底夸克不对称性的相同机制，那么就为可能增加早期宇宙中总不对称性的物质-反物质不对称性的新来源留下了空间。这很重要，因为少数已知的不对称性案例无法解释为什么宇宙包含如此多的物质。仅粲夸克的发现不足以填补这一空白，但它是理解基本粒子相互作用的重要拼图。
后续步骤
这一发现之后将会有更多的理论工作，这将有助于解释结果。但更重要的是，它将概述进一步的测试，以加深对我们发现的理解——其中一些测试已经在进行中。
在未来十年中，升级后的LHCb实验将提高对此类测量的灵敏度。这将得到日本的Belle II实验的补充，该实验刚刚开始运行。这些都是研究物质-反物质不对称性的令人兴奋的前景。
反物质也是许多其他实验的核心。整个反原子正在欧洲核子研究中心的反质子减速器中产生，该减速器为许多进行高精度测量的实验提供支持。AMS-2实验在国际空间站上寻找宇宙起源的反物质。目前和未来的许多实验将解决中微子中是否存在反物质-物质不对称性的问题。
虽然我们仍然无法完全解开宇宙物质-反物质不对称性的谜团，但我们最新的发现为精确测量时代打开了大门，这些测量有可能揭示尚未知的现象。我们完全有理由乐观地认为，物理学有一天能够解释我们为何存在。
本文最初发表于 The Conversation。阅读 原文。