宇宙中的反物質都去哪兒了?

　　大爆炸之後的138億年，宇宙仍然充滿各種天體，所有這些天體都是由物質組成的。既然物質都還在，那麼反物質都去哪裏了?

　　在近日美國芝加哥舉辦的第38屆高能物理國際會議上，日本科學家對於為什麼現在的宇宙間充滿了正物質而非反物質，給出了一個解釋：中微子這種亞原子粒子在物質形態和反物質形態的表現不同。不過，他們也表示
，還需要收集更多數據才能對此解釋進行確認。

　　為什麼宇宙中有物質?這是物理學中最大的謎團之一。恒星
、行星
、xingxihexingxituandoushiyouwuzhigouchengde
，zhiwuhedongwuyeshiyouwuzhigouchengde。benlaizheshijiweizirandeshiqing，danshilingyizhongqiguaidedongxichuxianhou
，womenjiuxianrulelijiedekunjing
，zhezhongdongxijiushifanwuzhi。

　　根據我們對宇宙起源和反物質的了解，物質和反物質都應該是不存在的。因為，反物質具有一個非常重要的特點：當它和物質結合時，會相互湮滅抵消，並產生巨大能量(光子)。另一方麵，物理定律表明，宇宙大爆炸產生的巨大能量應該創造了等量的物質和反物質。而問題就出現在這裏——按理說，等量的物質和反物質相遇，就會“同歸於盡”。可是大爆炸之後的138億年，宇宙仍然充滿各種天體，所有這些天體都是由物質組成的。既然物質都還在，那麼反物質都去哪裏了?

　　反物質是如何被發現的?

　　我們先從反物質的物理淵源說起。故事開始於1928nianzuoyou。dangshi，wulixuezhengchuyuzhongdagaibianqi。aiyinsitantichulexiangduilun
，chanshuleyinlidebenzhi
，yijidangwutiyijiejinguangsuyundongshihuifashengshenmeqingkuang。erlingyiqunwulixuejiazhengzaifazhanliangzilixue，laimiaoshulizidexingwei。yucitongshi
，yingguowulixuejiabaoluo·狄拉克試圖將這兩者聯係起來。

　　狄di拉la克ke提ti出chu了le一yi個ge描miao述shu電dian子zi運yun動dong的de數shu學xue方fang程cheng式shi
，即ji狄di拉la克ke方fang程cheng。這zhe是shi一yi個ge既ji具ju有you量liang子zi力li學xue特te征zheng，又you滿man足zu狹xia義yi相xiang對dui論lun要yao求qiu的de方fang程cheng。在zai方fang程cheng中zhong，和he電dian子zi共gong同tong存cun在zai的de還hai有you另ling一yi種zhong粒li子zi。它ta並bing不bu是shi傳chuan統tong帶dai負fu電dian荷he的de電dian子zi，而er是shi奇qi怪guai的de帶dai著zhe正zheng電dian荷he的de電dian子zi——也就是電子的反粒子。

　　1931年，狄拉克預言了電子的反粒子即“反電子”decunzai
，tahaijinyibutichuzhizijiqitaliziyeyinggaiyouxiangyingdefanlizi。ruguosuoyoulizidouyoufanlizi，namejiuyoukenengcunzaiwanquanyoufanlizizuchengdewuzhi
，zhezhongwuzhijiushifanwuzhi。zheshirenleidiyiciyishidaokenengcunzaifanwuzhi。

　　其qi實shi早zao在zai狄di拉la克ke提ti出chu反fan粒li子zi概gai念nian之zhi前qian，反fan粒li子zi就jiu已yi經jing在zai實shi驗yan室shi裏li留liu下xia了le蹤zong跡ji，但dan被bei實shi驗yan物wu理li學xue家jia忽hu略lve了le。那na時shi實shi驗yan室shi內nei探tan測ce帶dai電dian粒li子zi徑jing跡ji的de主zhu要yao工gong具ju是shi“雲室”，雲室中高能粒子經過的路徑上會出現一條白色的霧，也就是粒子運動的徑跡。

　　在(zai)雲(yun)室(shi)內(nei)施(shi)加(jia)磁(ci)場(chang)後(hou)，帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)會(hui)發(fa)生(sheng)偏(pian)轉(zhuan)
，產(chan)生(sheng)彎(wan)曲(qu)的(de)徑(jing)跡(ji)。一(yi)些(xie)科(ke)學(xue)家(jia)注(zhu)意(yi)到(dao)，磁(ci)場(chang)中(zhong)有(you)一(yi)半(ban)電(dian)子(zi)向(xiang)一(yi)個(ge)方(fang)向(xiang)偏(pian)轉(zhuan)，另(ling)一(yi)半(ban)向(xiang)相(xiang)反(fan)方(fang)向(xiang)偏(pian)轉(zhuan)。然(ran)而(er)長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)，人(ren)們(men)一(yi)直(zhi)認(ren)為(wei)電(dian)子(zi)隻(zhi)有(you)一(yi)種(zhong)
，因(yin)此(ci)他(ta)們(men)未(wei)曾(zeng)想(xiang)到(dao)那(na)些(xie)反(fan)常(chang)的(de)徑(jing)跡(ji)是(shi)反(fan)粒(li)子(zi)造(zao)成(cheng)的(de)。

　　在狄拉克預言“反電子”之後
，美國物理學家卡爾·安德森懷疑雲室中另一半的電子就是“反電子”，於是他開始做實驗來證明。1932年8月
，他收集到了足夠的數據
，正式確認“反電子”的存在，並將它們命名為“正電子”。

　　至此之後，反物質成為了物理學以及科幻小說的一部分。

　　如何找到宇宙中的反物質?

　　根據狄拉克方程，反物質會和普通物質遵守一樣的自然規律。在這種情況下，宇宙中的物質與反物質的含量必須相等，所以有可能存在“反物質星球”和“反物質星係”，但是我們如何找到宇宙中的反物質呢?

　　為了尋找反物質，天文學家將目標放在每時每刻轟擊地球大氣層的宇宙射線上。果不其然，1936年
，科學家在宇宙射線中看到了正電子的身影。

　　2008年(nian)
，科(ke)學(xue)家(jia)在(zai)銀(yin)河(he)係(xi)中(zhong)發(fa)現(xian)了(le)一(yi)朵(duo)龐(pang)大(da)但(dan)稀(xi)薄(bo)的(de)反(fan)物(wu)質(zhi)雲(yun)。它(ta)圍(wei)繞(rao)在(zai)銀(yin)河(he)係(xi)中(zhong)心(xin)附(fu)近(jin)
，並(bing)發(fa)出(chu)伽(jia)馬(ma)射(she)線(xian)。歐(ou)洲(zhou)空(kong)間(jian)局(ju)的(de)射(she)線(xian)衛(wei)星(xing)觀(guan)測(ce)表(biao)明(ming)，這(zhe)朵(duo)雲(yun)並(bing)不(bu)在(zai)銀(yin)河(he)係(xi)的(de)正(zheng)中(zhong)間(jian)，似(si)乎(hu)是(shi)尾(wei)隨(sui)著(zhe)某(mou)顆(ke)散(san)發(fa)Xshexiandehengxing。zhelidefanwuzhikenengbushiyuzhoudanshengshiyiliuxialaide，tamengengyoukenengqiyuanyuhengxing。zhekehengxingzhouweiyouyigeheidong
，danghengxingzhouweideqitituolihengxing，jiuhuibeiheidong“吃掉”，這個高能的過程將產生反物質。

　　不過，能釋放反物質的不隻有恒星。平均而言，每一小時左右，香蕉會吐出一個正電子。這是因為香蕉中含有天然放射性同位素鉀-40。當dang它ta衰shuai變bian時shi偶ou爾er會hui釋shi放fang出chu一yi個ge正zheng電dian子zi，而er當dang正zheng電dian子zi遇yu上shang第di一yi個ge電dian子zi時shi，也ye會hui湮yan滅mie釋shi放fang能neng量liang，不bu過guo所suo釋shi放fang的de能neng量liang是shi微wei不bu足zu道dao的de。而er事shi實shi上shang
，我wo們men的de身shen體ti裏li也ye有you鉀jia-40
，也會發生這一過程。但它們不能完全代表原始反物質
，我們需要尋找的是更重的原始反物質粒子

，比如反氦核。

　　可(ke)是(shi)自(zi)然(ran)界(jie)中(zhong)沒(mei)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)力(li)量(liang)來(lai)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)反(fan)氦(hai)核(he)
，隻(zhi)有(you)宇(yu)宙(zhou)大(da)爆(bao)炸(zha)才(cai)能(neng)做(zuo)到(dao)。所(suo)以(yi)
，如(ru)果(guo)我(wo)們(men)發(fa)現(xian)像(xiang)反(fan)氦(hai)核(he)這(zhe)樣(yang)的(de)粒(li)子(zi)
，那(na)麼(me)接(jie)下(xia)來(lai)可(ke)能(neng)會(hui)找(zhao)到(dao)更(geng)多(duo)的(de)原(yuan)始(shi)反(fan)物(wu)質(zhi)
，甚(shen)至(zhi)是(shi)擁(yong)有(you)很(hen)多(duo)反(fan)物(wu)質(zhi)的(de)宇(yu)宙(zhou)區(qu)域(yu)。如(ru)果(guo)檢(jian)測(ce)到(dao)反(fan)碳(tan)核(he)

，那(na)麼(me)意(yi)義(yi)就(jiu)更(geng)加(jia)重(zhong)大(da)了(le)。碳(tan)隻(zhi)能(neng)在(zai)恒(heng)星(xing)的(de)“核熔爐”裏形成
，反碳核的現身
，意味著太空中的某處存在“反物質星球”，這將是天文學一次偉大的突破。

　　反物質和物質是對稱存在的嗎?

　　2011年，阿爾法磁譜儀探測器被送到國際空間站，它是專門用來測量宇宙射線中反物質的數量和類型的。至2013年，阿爾法磁譜儀已經看到過40萬個正電子，但沒有發現其他種類的反物質。到目前為止
，仍沒有證據表明原始反物質潛伏在太空某處。

　　所以隻剩下一種可能：反物質和物質雖然是對稱的，但“性格”卻不一樣。

　　幾十年來，粒子物理實驗已經多次看到粒子與反粒子有不同的行為反應。這要從所謂的“弱核力”說起，弱核力是自然界的四大基本力之一，亞原子放射性衰變就是由它引起的。弱核力

，加上引力
、電磁力，它們共同控製著規模巨大的宇宙。剩下的一種是強核力。強核力的作用範圍很小，大約隻有原子核般的大小。

　　1964年物理學家在研究K介子衰變時，發現K介子能自然衰變成反K介子，反K介子也可以衰變為K介子


，但是這兩個過程發生的頻率卻不一樣。因此
，一些科學家推測，宇宙在弱核力的作用下，也可能發生類似的情況——由you於yu宇yu宙zhou大da爆bao炸zha時shi存cun在zai某mou些xie過guo程cheng，更geng有you利li於yu物wu質zhi的de產chan生sheng，或huo者zhe說shuo物wu質zhi的de產chan生sheng頻pin率lv更geng快kuai。導dao致zhi反fan物wu質zhi的de量liang不bu足zu，物wu質zhi的de量liang過guo剩sheng，而er剩sheng餘yu的de物wu質zhi組zu成cheng了le今jin天tian的de宇yu宙zhou。科ke學xue家jia給gei出chu的de估gu計ji是shi每mei形xing成cheng10yigefanwuzhi，kenengjiuhuichanshengshiyilingyigewuzhi。ouzhouheziyanjiuzhongxindedaxingqiangziduizhuangjizhongjinxingdeshiyanjiaqianglezhegecaice，zaimianduiruohelishi，wuzhihefanwuzhiqueshiyoubuyiyangdefanying。

　　科學家參考了對撞機的數據，估測宇宙早期可以產生多少反物質
，可惜答案並不是科學家們所期望看到的。之前給出的估計是每形成10億(yi)個(ge)反(fan)物(wu)質(zhi)的(de)同(tong)時(shi)就(jiu)產(chan)生(sheng)十(shi)億(yi)零(ling)一(yi)個(ge)物(wu)質(zhi)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)宇(yu)宙(zhou)剛(gang)誕(dan)生(sheng)時(shi)差(cha)不(bu)多(duo)有(you)一(yi)半(ban)仍(reng)舊(jiu)是(shi)反(fan)物(wu)質(zhi)。然(ran)而(er)，根(gen)據(ju)實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)
，宇(yu)宙(zhou)剛(gang)誕(dan)生(sheng)時(shi)的(de)反(fan)物(wu)質(zhi)質(zhi)量(liang)隻(zhi)相(xiang)當(dang)於(yu)一(yi)個(ge)普(pu)通(tong)的(de)星(xing)係(xi)。顯(xian)然(ran)，這(zhe)和(he)科(ke)學(xue)家(jia)估(gu)計(ji)的(de)情(qing)況(kuang)有(you)非(fei)常(chang)大(da)的(de)差(cha)異(yi)，說(shuo)明(ming)反(fan)物(wu)質(zhi)的(de)研(yan)究(jiu)任(ren)務(wu)還(hai)很(hen)艱(jian)巨(ju)。

　　宇宙到底有沒有另一半?有的話
，它會在哪裏?反物質和物質為什麼會有不同的行為?宇宙誕生之初究竟發生了什麼?這些問題仍尚待解決。可見浩瀚宇宙對於人類來說
，依舊深不可測。