二十年前,物理學家開始研究質子內一個神秘的不對稱性。結果發現,原來每個原子核內都有暗物質在幫助起到穩定的作用。人們可能從未注意過,原子核裏面帶正電的粒子——質子的一部份是由暗物質構成的。

從教科書上我們學到,質子由三個更小的粒子——夸克組成。已知的夸克有六個味態,包括上(up)、下(down)、頂(top)、底(bottom)、粲(charm)和奇(strange)。每種夸克還有它們對應的反粒子。

常見的質子內一般包含兩個上夸克和一個下夸克,每個上夸克所帶的電荷為+2/3,下夸克所帶的電荷為-1/3。它們在一起綜合得到+1 的正電荷。其實,這是科學家用簡化的認知去描述質子裏面一個神奇、廣闊的世界。

實際情況下,每個質子的內部是由六種味態的多個夸克、它們的反粒子和膠子混合組成,科學家稱其為是一個「質子海洋」的世界。在奇妙的規則的作用下,這一大團物質最後完美地穩定展現為看起來只有三個夸克的狀態。

「這裏面究竟是怎麼相互作用的,坦白說這真是奇蹟。」美國能源部向阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的核物理學家蓋薩曼(Donald Geesaman)說。

理論學家以前認為,質子內不同類型的反物質是均勻分佈的。三十年前,研究人員開始意識到質子內混沌世界的一個令人震驚的特徵:裏面的反物質並不是對稱地分佈,反下夸克似乎明顯多於反上夸克。十年後,另一組研究人員看到一些透露兩種反物質之間不對稱比例的各種跡象,可是受限於當時實驗能夠達到的精確程度,無法深入探討。

再過二十年後的今天,蓋薩曼和同事完成了一個名為「海洋探秘」(SeaQuest)的實驗對此進行驗證。權威科普刊物量子雜誌(Quanta Magazine)介紹說,這是目前為止對質子內反物質探索最詳盡的一份研究。

這份研究2 月24 日發表於《自然》(Nature)期刊。其測量結果顯示,平均來說,每個質子內反下夸克和反上夸克的比例是1.4:1。◇