这篇文章出现在2021年6月的《Discover》杂志上,标题为“The Search Goes On”。成为《Discover》杂志的订阅者,以支持我们的科学报道。
1996年,《Discover》报道了一项新的实验,该实验将探测遥远的宇宙中反物质的迹象。理论上,这些粒子在行为上与我们所知的粒子相同,但具有相反的电荷,以及其他一些区别。
物理学家关于大爆炸的理论认为,在大爆炸期间,物质和反物质应该被创造出相等的数量。但我们生活在一个充满物质的宇宙中,几乎看不到反物质。
对此有不同的解释,包括所有的反物质可能太远而无法看到。搜寻遥远的“反恒星”和“反星系”是我们1996年4月文章“反物质任务”的重点,该文章记录了一个名为Alpha磁谱仪(AMS)的实验的诞生。该实验旨在测量宇宙射线,以确定其中是否有来自反物质的。
AMS自2011年以来一直在国际空间站运行,但尚未发现大量反星系等证据。这可能是因为我们的宇宙很大程度上是反物质的,这引发了另一个问题:它都去哪儿了?
科学家们长期以来一直认为,物质和反物质在行为上存在微小的差异,这可能导致物质在大爆炸后的瞬间占了上风。但找到这些不对称性一直很困难。现在,日本T2K实验的物理学家们公布的数据使我们更接近答案。

Alpha磁谱仪自2011年以来一直在国际空间站收集数据,但尚未发现反物质的证据。(图片来源:JSC/NASA)
JSC/NASA
T2K科学家们正在追踪中微子的一种奇特特性。中微子是难以探测的粒子,很少与物质发生相互作用。中微子在传播过程中会改变类型或“味”,例如,muon中微子可能会变成电子中微子。
T2K实验一直在观察普通中微子和反中微子在不同“味”之间振荡的情况,他们注意到它们行为上存在细微的差异。
加拿大约克大学的粒子物理学家、最近一篇关于T2K数据的《Nature》论文的合著者Mark Hartz表示,muon中微子转变为电子中微子的速率高于muon反中微子转变为电子反中微子的速率。这些数据提供了进一步的证据,表明正常物质和反物质之间可能存在一些微小的不对称性,或许足以解释为什么今天的宇宙几乎完全由物质构成。
但诺贝尔奖得主、AMS实验首席研究员Samuel Ting表示,我们需要更多的数据才能真正地说反物质并不存在于某个地方。
他表示:“这个中微子实验只说明‘从地球上看,我们在宇宙空间中观察到更多的物质而不是反物质。’它并没有说‘反物质消失了。’”
Ting的观点可能并不代表大多数科学家的意见,但这位物理学家毫不畏惧:“如果你不去看,你就永远不会知道。”














