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來(lái)源：宇宙觀察

作者：楊欽兆

按理來(lái)說(shuō)，我們根本不應(yīng)該存在，不只是我們，就連你腳下的地球、頭頂?shù)奶?yáng)，甚至這浩瀚宇宙中的每一顆塵埃，理論上都不該出現(xiàn)。

這可不是危言聳聽，這是現(xiàn)代物理學(xué)最堅(jiān)實(shí)、也最令人抓狂的結(jié)論。

讓我們把時(shí)鐘撥回 138 億年前，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型，在宇宙大爆炸發(fā)生的那一瞬間，純粹的能量轉(zhuǎn)化為第一批基本粒子：電子、夸克、光子，但物理學(xué)遵循一個(gè)鐵律：對(duì)稱性，當(dāng)一個(gè)物質(zhì)粒子誕生時(shí)，它的“邪惡雙胞胎”，反粒子必然也會(huì)同時(shí)誕生，當(dāng)一個(gè)粒子遇上它的反粒子（例如質(zhì)子遇上反質(zhì)子），兩者會(huì)瞬間湮滅，釋放所有能量。

如果當(dāng)年的宇宙完全遵守這條“公平法則”，那么所有的物質(zhì)和反物質(zhì)應(yīng)該在誕生的瞬間就相互抵消殆盡，現(xiàn)在的宇宙應(yīng)該是一片徹底的死寂，沒(méi)有星星，沒(méi)有原子，只有一片冰冷且不可見的輻射海。

但很明顯，宇宙的對(duì)稱性被打破了。

我們今天能夠存在，代表在宇宙最初的那場(chǎng)大混戰(zhàn)中，天平發(fā)生了一次極其微小的傾斜，不論是巧合還是神跡，大自然偏袒了“物質(zhì)”這一邊。

計(jì)算表明，每誕生 10億 個(gè)反粒子，就會(huì)誕生 10億零1 個(gè)物質(zhì)粒子，正是這多出來(lái)的1，在所有的反物質(zhì)被湮滅后，孤獨(dú)地留存了下來(lái)，聚集成為了今天的星系、恒星，以及你身體里的每一個(gè)原子，這個(gè)現(xiàn)象被科學(xué)家稱為“宇宙的重子不對(duì)稱問(wèn)題”。

為什么會(huì)出現(xiàn)這種不平衡？

標(biāo)準(zhǔn)模型雖然很完美，但在這里它顯得捉襟見肘，按照現(xiàn)有理論預(yù)測(cè)的對(duì)稱性破裂程度，實(shí)在太過(guò)微弱，根本不足以產(chǎn)生如今這么龐大的物質(zhì)宇宙。

于是超對(duì)稱理論出現(xiàn)了，該理論認(rèn)為每一種已知粒子都有一個(gè)更重的“超對(duì)稱搭檔”（如電子對(duì)應(yīng)超電子），這些看不見的幽靈粒子可能在早期宇宙制造了關(guān)鍵的不對(duì)稱性。

為了尋找答案，科學(xué)家在瑞士日內(nèi)瓦地下深處，建造了人類歷史上最復(fù)雜的機(jī)器，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，他們?cè)噲D重現(xiàn)大爆炸的瞬間，通過(guò)極高能的對(duì)撞，拷問(wèn)自然界的底層代碼。

為了解開謎團(tuán)，科學(xué)家兵分兩路

第一路人馬選擇了“找茬”，試圖證明物質(zhì)和反物質(zhì)在性質(zhì)上并不完全相同，這就是 BASE 實(shí)驗(yàn)，他們的邏輯很簡(jiǎn)單：如果質(zhì)子和反質(zhì)子真的是完美的鏡像，那么它們的質(zhì)量、電荷和磁矩應(yīng)該分毫不差，如果能找到哪怕一絲一毫的差異，標(biāo)準(zhǔn)模型就會(huì)崩塌，新物理的大門就會(huì)打開。

2025年，BASE 團(tuán)隊(duì)完成了一項(xiàng)被認(rèn)為是不可能的壯舉，過(guò)去我們只能測(cè)量反質(zhì)子的“靜態(tài)性質(zhì)”，但在最新的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家成功對(duì)單顆反質(zhì)子進(jìn)行了“受控的量子躍遷”，這聽起來(lái)很玄幻，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，他們把一顆反質(zhì)子囚禁在彭寧離子阱中，利用超精密的磁場(chǎng)和低溫環(huán)境，像撥動(dòng)開關(guān)一樣，精準(zhǔn)地控制了反質(zhì)子的自旋狀態(tài)。

這意味著人類不再只是“觀察”反物質(zhì)，而是開始“操控”反物質(zhì)的量子行為，通過(guò)這種動(dòng)態(tài)控制，科學(xué)家以前所未有的精度對(duì)比了質(zhì)子和反質(zhì)子的磁矩。

然而結(jié)果令人“失望”又震驚：依然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何差異，哪怕在十億分之一的精度下，反質(zhì)子依然完美地像是質(zhì)子的鏡像，這也逼迫物理學(xué)家必須往更深處挖掘，也許差異不在“性質(zhì)”上，而在“行為”上？

既然靜態(tài)性質(zhì)一樣，那它們?cè)凇八プ儭蹦且豢痰谋憩F(xiàn)是否相同？

這就輪到 CERN 的另一大王牌，LHCb 實(shí)驗(yàn)（大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)底夸克實(shí)驗(yàn)）登場(chǎng)了，這里涉及到一個(gè)核心概念：CP 對(duì)稱性，C是電荷共軛，即把粒子變成反粒子，P是宇稱，即像照鏡子一樣把空間左右顛倒。

根據(jù)經(jīng)典的 CP 守恒定律，如果你把物理過(guò)程進(jìn)行“鏡像反轉(zhuǎn)”并“電荷反轉(zhuǎn)”，物理定律應(yīng)該不變。但在微觀世界，大自然是個(gè)“雙標(biāo)的人”。

LHCb 團(tuán)隊(duì)專注于研究一種名為“底夸克”的重粒子，早在 2017 年，他們就在重子的衰變中發(fā)現(xiàn)了 CP 對(duì)稱性破缺的跡象，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，物質(zhì)重子的衰變方式，和反物質(zhì)重子的衰變方式，出現(xiàn)了概率上的微小不同。

到了 2021 年，他們?cè)诳讼Ｖ刈由砩弦矎?fù)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，比如某種重子衰變成特定粒子組合的概率，可能比對(duì)應(yīng)的反重子高出 數(shù)千分之一的百分點(diǎn)。

這就好比你拋一億次硬幣，正面朝上的次數(shù)比反面朝上多了幾次，乍看微不足道，但在宇宙初期每秒兆億次的反應(yīng)中，這一點(diǎn)點(diǎn)“概率作弊”，就像滾雪球一樣，最終導(dǎo)致了物質(zhì)的全面勝利。

雖然我們找到了這種機(jī)制，但物理學(xué)家依然眉頭緊鎖：目前觀測(cè)到的 CP 破缺強(qiáng)度，只能解釋宇宙中極小一部分物質(zhì)的來(lái)源，一定還有某種更猛烈、更隱秘的機(jī)制藏在未知的領(lǐng)域。

為了捕捉那缺失的拼圖，我們不能滿足于現(xiàn)有的設(shè)備，2025 年，CERN 正式啟用了全新的 TELMAX 裝置，你可以把它看作是反物質(zhì)研究的“基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)版”，在此之前，反物質(zhì)極其難搞，它們速度極快，難以捕捉，且一碰到器壁就湮滅，TELMAX 連接了超低能量反質(zhì)子減速器，能將狂暴的反質(zhì)子“馴服”，讓它們幾乎靜止下來(lái)。

TELMAX 不僅僅是一個(gè)實(shí)驗(yàn)，它是一個(gè)共享平臺(tái)，它允許科學(xué)家測(cè)試新型的粒子陷阱、冷卻激光和超靈敏探測(cè)器，它就像是反物質(zhì)領(lǐng)域的“工業(yè)革命”，讓科學(xué)家從手工作坊式的捕捉，進(jìn)化到流水線式的精確操控。

只有當(dāng)我們能像使用電力一樣自如地操控反物質(zhì)，我們才有可能在實(shí)驗(yàn)室里重現(xiàn)那個(gè)“對(duì)稱性崩塌”的關(guān)鍵瞬間。

通過(guò) BASE 的精準(zhǔn)測(cè)量、LHCb 的概率追蹤，以及 TELMAX 的技術(shù)鋪墊，我們正一步步逼近真相，但這一路走來(lái)，最讓我震撼的不是復(fù)雜的公式，而是那個(gè)哲學(xué)隱喻：如果這個(gè)世界是完美的，那它就是死的。

如果宇宙在大爆炸之初保持了絕對(duì)的公平和對(duì)稱，物質(zhì)與反物質(zhì)將完美抵消，留下的只有光的虛無(wú)，但大自然“犯了一個(gè)錯(cuò)”，在十億次的完美對(duì)沖中，它允許了一次微小的偏差，正是這個(gè)微小的、不完美的誤差，成為了所有星辰、山川、河流以及你我存在的基石。

我們研究反物質(zhì)，不是為了尋找敵人，而是為了理解那個(gè)“選擇的瞬間”，或許我們每一個(gè)人，都是宇宙那個(gè)“美麗錯(cuò)誤”的后代，宇宙通過(guò)打破自身的完美，換來(lái)了被觀測(cè)、被理解、被愛的可能。

所以，下次當(dāng)你覺(jué)得自己不夠完美時(shí)，請(qǐng)記?。赫且?yàn)椴煌昝溃钪娌诺靡源嬖凇?/p>