近 40 年来，物理学家不得不忍受一个令人不安的认识：宇宙偏爱左手。在涉及弱相互作用——负责放射性的自然力——的亚原子相互作用中，事情可以朝一个方向发生，但不能朝另一个方向。例如，放射性衰变过程中形成的所有中微子都沿同一方向自旋。这就像世界上所有的陀螺都只能顺时针旋转一样。
然而，许多物理学家拒绝相信宇宙生来就是左撇子。他们认为，在大爆炸后的最初一瞬间，宇宙是兼具左右手能力的，就像它在其他方面也是对称的一样——例如，弱相互作用被认为与另外三种基本力——强力、电磁力和引力——一样强大。兼具左右手能力的假设很大程度上是一种信仰行为。但现在，由于能够以前所未有的精度测量原子尺度现象，一些物理学家认为他们即将证明这一点是真的。洛斯阿拉莫斯国家实验室的杰弗里·格林说：“我们正在寻找的是我称之为原始对称性的‘化石’。这是原始完全对称系统遗留下来的痕迹，即使我们已经变成了一个占主导地位的左手宇宙，它仍然存在。”
物理学家称自旋物体为左手或右手，因为顺时针和逆时针取决于您从哪个角度观察物体。手性（或手性）取决于物体自旋时移动的方向。大多数螺丝都是右旋的——也就是说，当你用右手手指弯曲的方向拧动螺丝刀时，螺丝会朝着你的右拇指方向拧入。如果 DNA 双螺旋是一个螺丝，它也将是右旋的，而且许多其他有机分子都有可以描述为左旋或右旋的折叠或扭曲。亚原子粒子没有折叠，但它们有自旋，正如物理学家在本世纪初发现的那样。因此，当这些粒子运动时，它们也具有手性。
事实证明，在弱相互作用中产生的粒子是优先左旋的。虽然强核力将质子和中子束缚在原子核中，但弱力会将这两种粒子中的一种转化为另一种，有时会将原子核分解。最常观察到的弱相互作用是 β 衰变，其中一个中子产生一个质子、一个电子和一个反中微子（中微子的反物质对应物）。
1957 年，研究钴核 β 衰变的研究人员发现，电子倾向于比右手方向更频繁地从自旋的原子核中飞出（在此情况下，手指的弯曲指示原子核自旋的方向，拇指指向电子的行进方向）。这种效应并不大——每 44 个右手粒子就有 56 个左手粒子。但在减去影响电子运动的所有其他因素后，物理学家意识到弱相互作用是不对称的根源：它的推力完全是左旋的。后来，研究中微子的物理学家也证实了这一发现，中微子仅通过弱相互作用产生：这些研究人员发现，每个中微子都具有左旋自旋，而每个反中微子都是右旋的。当 20 世纪 70 年代亚原子粒子标准模型被拼凑起来时，弱相互作用中这种宇称不守恒被作为一项未解释的自然属性保留下来。
未解释的属性让物理学家感到不安。尽管一些人接受弱相互作用的不对称性，实际上是“神的旨意”——反映了宇宙创造时的条件——但其他人认为存在一个被打破的原始对称性。他们认为，仅仅因为螺丝、时钟和 DNA 倾向于具有某种手性，并不意味着它们必须具有该手性。如果螺丝有左旋螺纹，它们仍然可以工作，如果时钟的指针向后转动，它们也能报时——事实上，一些早期的时钟就是这样。但随着时间的推移，标准化确立了，逆时针时钟和左旋螺丝变得罕见。这就是物理学家所说的“对称性破缺”。对于弱相互作用而言，对称性破缺意味着在大爆炸后的一小段时间内，弱相互作用产生右旋粒子的可能性与产生左旋粒子的可能性相同；但随着宇宙冷却，其原始的兼具左右手的能力就丧失了。偶然地，左旋粒子占据了主导地位。
这个问题目前重新引起人们兴趣始于 1990 年，当时一个俄罗斯研究小组发表了一个有争议的声明，称他们在弱相互作用中发现了原始右旋性的微弱痕迹。自那时以来，像格林这样的物理学家一直在努力证实俄罗斯的研究结果。原则上，有两种方法可以证明弱相互作用可以在极高能量下产生右旋粒子。你可以从零开始创造这些粒子，就像化学家合成自然界中不存在的有机分子一样——但前提是你的粒子加速器足够强大，可以与大爆炸相媲美。显然，不存在这样的加速器。
相反，物理学家必须在我们占主导地位的左手宇宙中寻找右旋性的残余。格林说，这就像你想知道螺纹是否都被上帝强制规定为右旋一样。你开始四处寻找左旋螺纹。在一家五金店里搜遍每一颗螺丝和螺栓，最终会发现极少一部分左旋螺栓——比如用于固定左自行车脚踏板和左马桶把手不脱落的——它们将是基本螺纹对称性的痕迹。同样，通过仔细测量涉及弱相互作用的相互作用，人们可能会发现，一个纯粹的左手宇宙无法完全解释它们。只需要包含一点点右旋性，就能让一切都说得通。
寻找对称性痕迹最容易的地方是中子 β 衰变，这是最早发现不对称性的地方。在美国国家标准与技术研究院位于马里兰州盖瑟斯堡的一个实验室里，格林和他的同事们正在测量自由中子——与被束缚在原子核内的中子不同，自由中子只能存活大约 15 分钟——的寿命。如果格林发现中子的衰变速度比普遍认为的要快，那么这将意味着弱相互作用比物理学家想象的要强。在这种情况下，它必须具有一个小小的右旋分量来抵消其占主导的左手部分：否则，当电子从衰变的中子飞出时，它会将更多的电子推向左手方向。
同样的逻辑也适用于加拿大乔克河国家实验室正在进行的实验。在那里的研究人员测量的不是弱相互作用的整体强度，而是其向量耦合常数——这是弱相互作用中与质子和中子相互作用的部分强度的指标。一个比预期更强的耦合常数将再次暗示弱相互作用中存在右旋性。
最后，劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员正从另一个角度看待这个问题：他们以前所未有的精度计算 β 衰变产生的左旋和右旋电子的数量。如果左旋粒子过剩的比例比 1957 年首次观察到的 56:44 的比例要小，那也将是弱相互作用中存在右旋分量的证据。
这些实验单独一个都无法证明右旋性，因为不同的测量——弱相互作用的强度、它的耦合常数以及它产生的电子运动——是相互依赖的。但总的来说，这些结果可能表明，左旋弱相互作用无法全部解释它们。然而，这些实验需要很长时间，结果尚未出来。格林的小组和乔克河的小组已经看到了右旋性的诱人迹象，但还没有足够令人信服的证据可以发表。
格林说：“仅仅看中子寿命数据，我们会发现一些超出统计误差预期的迹象。现在我们想知道，这是一种实验伪影吗？还是我们真的发现了右旋性的线索？”
格林继续说道：“目前，宇称不守恒——左旋性——是基本粒子标准模型的一部分。它是从基础就构建在其中的，恕我冒昧地说，这种手性是通过‘手动’方式加入理论的——没有根本原因它应该在那里。恰恰相反：没有人喜欢它。如果能证实宇宙实际上是对称的，而我们所感知到的对一种手性的选择是一种偶然，而不是神的命令，那将是一个真正重大的发现。”
