粒子物理里程碑：為何宇宙中正物質比反物質多？

物理學家認為這個宇宙中任何粒子都存在其對應的反粒子，即在完全對等的情況下，電荷相反的粒子。當正反物質相遇時，就會湮滅成一道能量而消逝。

對氫原子和反氫原子的精確研究顯示，兩者各項參數的差別不到十億分之一，只是電荷相反。科學家們還普遍認為，宇宙在約140億年前大爆炸誕生後有著等量的正反物質，但這就牽扯一個長期令人困惑的問題：為甚麼我們周圍都是正物質，反物質如此罕見呢？如果總是等量存在，我們的世界恐怕早已不存在了。

自然界中很多東西都有放射性，只是很微弱，對人體不會產生甚麼影響。而在放射過程中，自然地會產生反物質，比如鉀-40的衰變。香蕉中含有鉀元素的多種同位素，主要有K39、K40和K41三種，其中K40具有放射性。

歐洲核子研究中心（CERN）研究者Marco Gersabeck寫到：「這意味著香蕉（含有鉀）每75分鐘放出一個正電子」。但總體上，我們周遭的世界中正物質遠比反物質多。

CERN最近完成的一項實驗可能解答了這個科學界的大難題。實驗發現，含有一個夸克和反夸克的介子可以同時發生正反介子之間的轉換，但是反夸克變成夸克的幾率比夸克變成反夸克的幾率大得多，也就是物理界所稱的「CP破壞」（CP violation），或CP不守恆。隨著時間的流逝，宇宙中積累了越來越多的正物質。

目前所知夸克有六個味態，包括上（up）、下（down）、頂（top）、底（bottom）、粲（charm）和奇（strange）。在此之前，科學家僅觀察到同是負電荷的奇夸克和底夸克的不對稱轉換。理論認為，粲夸克是唯一會出現不對稱轉換的正電荷夸克，但一直沒有觀測到。

這次的新實驗中，研究者們從由粲夸克構成的D介子粒子中也觀察到了這種不對稱轉換。他們分析了大型強子對撞機（LHC）在2011～2018年七年間的實驗紀錄，檢查D介子和反D介子的衰變過程，證實了其不對稱性。

研究者們認為，D介子發生不對稱性轉換的機制和奇夸克和底夸克的機制不同，但這將意味著觀測到其它類型正反物質不對稱性的可能性。

CERN研究和計算中心主任Eckhard Elsen說：「這個結果是粒子物理上的一個里程碑。40多年前D介子剛被發現的時候，粒子物理學者們就懷疑它存在CP破壞，但直到現在，利用全套實驗數據，LHC合作組才終於觀察到這個結果。」◇

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