Nature 视频 | 破解反物质之谜

来源：Nature自然科研

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我们的宇宙是由物质主导的:它构成了我们周围的一切。但物理学家长期以来一直对反物质的缺乏感到困惑。理论认为，反物质应该在大爆炸中产生，就像物质一样，而且数量相同。现在在日本的一个大型实验中，可能发现了一种微妙的不平衡，这可以帮助解释为什么我们的宇宙是这样的。记者Elizabeth Gibney探索了CP破坏的概念，并解释了新结果可能意味着什么。

以下是视频文字记录：

宇宙的存在是一个谜。大爆炸期间应该产生了相等数量的物质和反物质，然后立即相互湮灭。但不知为何，物质占了上风，由此产生了我们现在所知的宇宙。科学家们长久以来一直在探索物质占据主导地位的秘密。现在，日本的研究人员认为他们可能找到了答案–或者说，至少有充分的迹象表明中微子和反中微子之间的差异，或许能解释宇宙为何是现在的样貌。

物质的亚原子粒子是宇宙的基本构成。但是也存在反物质——质量相同但电荷相反的粒子。理论上，一个完全由反物质组成的宇宙应该和现在的宇宙并无二致，物理现象也完全一致。但是在1964年，研究人员观察到有时候自然处理物质和反物质的方式略有不同–这种现象被称为CP破坏。通过打破物质与反物质间的平衡，这有助于解释宇宙的不平衡。但是这些被发现的差异，只存在于特定种类的粒子中，只能解释一小部分多出来的物质。物理学家需要找到自然差异化处理物质与反物质的其他方式，能产生更大影响的方式。

位于日本山下的一项超大型实验可能已经找到了。这项国际合作项目名为T2K（东海到神冈），它研究的是近乎无质量的粒子——中微子。一个著名理论认为在炽热的早期宇宙，即大爆炸发生后不久，中微子的远亲可能表现出一种偏好：是要分解成物质还是反物质。如果确实如此，那么就足以解释如今观察到的不平衡现象。因为今天的常规中微子应表现出类似的行为，这种理论是科学家们可以检验的。为此，日本的T2K实验生成了两束粒子流–一种是中微子流，一种是反中微子流。他们将这些粒子流从沿海东海村发射到超级神冈。超级神冈是位于295公里外的池野山山下的中微子探测器。研究人员已知在东海产生了多少粒子，也就是说他们应该知道在超级神冈会看到多少粒子，前提是两种粒子的行为是一样的。但是他们发现中微子束和反中微子束表现地并不完全一样。目前的结果是迄今为止最有力的证据证明中微子和反中微子的行为存在差异，这种差异可能足以解释宇宙中物质与反物质的不平衡

不过，故事才刚开始。最新的观察结果是行为方面的证据，但是研究人员还无法确定。有大约1/370的可能性是随机变化造成了同样的差异。为了得到确定答案，他们还需要收集更多的数据，可能还需要开展全新一代的实验。更大规模的实验装置已经在建设中了–比如日本的顶级神冈（Hyper-Kamiokande）和美国的深部地下中微子实验（DUNE）。这些实验将被用来进一步揭示中微子物理学，还有希望解开围绕宇宙起源的最大谜题之一。

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