原標題：為什么現(xiàn)在的宇宙物質多于反物質

能“變形”的中微子或是“背后推手”

根據(jù)大爆炸理論和粒子物理理論,，宇宙起源于大約137億年前的一次大爆炸。在宇宙誕生之初,，能量轉化為同樣多的正物質與反物質,，這兩種物質相遇會發(fā)生劇烈爆炸，轉化為能量,，并歸于湮滅,。可是目前宇宙中的天體均為正物質，沒有發(fā)現(xiàn)反物質天體,。

為什么現(xiàn)在的宇宙間充滿了正物質而非反物質呢,？這是物理學領域最大的謎團之一。英國《自然》雜志8月12日報道說,，在近日于美國芝加哥舉辦的第38屆高能物理國際會議（ICHEP）上,，日本科學家們給出了一個解釋：中微子這種亞原子粒子在物質形態(tài)和反物質形態(tài)的表現(xiàn)不同。不過,，他們也表示,，還需要收集更多數(shù)據(jù)才能對此解釋進行確認。

中微子究竟為“何方神圣”

在粒子物理學里,，標準模型是一套描述強力,、弱力、電磁力這三種基本力,，以及組成所有物質的基本粒子的理論,。自從20世紀70年代標準模型建立后，一直久經考驗而屹立不倒,。但上個世紀90年代,，有一種粒子公然藐視其規(guī)則，它就是中微子,。根據(jù)理論,，中微子不具有質量,，但實際情況是,，1998年，物理學家利用日本一個礦內的超級神岡探測器,，發(fā)現(xiàn)中微子具有質量——盡管不足電子的十億分之一,。

參與美國費米國家加速器實驗室NuMI離軸中微子實驗（NOVA）的物理學家基斯·馬特拉稱，從那時開始,，世界各地的中微子實驗如雨后春筍一樣冒出,，而且科學家們也慢慢意識到，他們或許可以以這一粒子為突破口獲得新的發(fā)現(xiàn)和解釋,?！八鼈兪菢藴誓Ｐ椭械娜笨凇,！?/p>

中微子有3種：電子中微子,、μ子中微子和τ子中微子。中微子不帶電,，質量極小,。根據(jù)量子力學，不同的中微子之間可以相互轉換,，我們稱之為中微子振蕩,。

正反中微子行為有別

在現(xiàn)在的宇宙中,，物質明顯比反物質多，物理學家們觀察了一些物質粒子和反物質粒子,，如K介子和B介子的行為差異,，但并不足以解釋物質為何會超越反物質，取得支配地位,。

一個答案可能是超重粒子在宇宙誕生初期,，采用不對稱的形式衰變產生了更多的物質。有科學家認為,，中微子一種超重的“親戚”可能是“幕后推手”,。根據(jù)這一理論，如果中微子和反中微子現(xiàn)在表現(xiàn)得不一樣,，那么,，其更古老的對應物也應該存在同樣的不平衡，這或許可以解釋為什么物質比反物質多,。

為了測試這一想法,，日本從東海到神岡的中微子實驗（T2K）的研究人員探究了物質和反物質中微子行進時，在三種“味”之間振蕩的差異,。他們從位于日本東海海邊的質子加速器研究中心發(fā)射出一束μ子中微子,，到295公里遠的超級神岡探測器（這個地下鐵罐裝滿了5萬噸水）。研究人員計算出了在此過程中,，有多少電子中微子出現(xiàn)——這是μ子中微子在整個旅程中變形成另一種中微子的信號,。隨后，他們使用一束介子反中微子,，重復了這一實驗,。

美國羅切斯特大學的物理學家?guī)r本幸之助（音譯）在出席ICHEP時表示，兩束中微子的表現(xiàn)略有不同,。

該研究團隊認為,，如果物質和反物質的行為沒有差異，那么,，他們將在探測器內發(fā)現(xiàn)24個電子中微子和7個電子反中微子（因為反物質更難生成和探測）,，但結果他們發(fā)現(xiàn)了32個中微子和4個反中微子。紐約州立大學石溪分校的物理學家,、T2K實驗成員姜常金（音譯）說：“這表明,，物質和反物質的振蕩方式并不一樣?！?/p>

還需更多數(shù)據(jù)驗證

盡管T2K和NovA實驗提供的初步結果都表明了同樣的觀點,，但迄今為止的觀察可能只是概率事件，如果中微子和反中微子的表現(xiàn)一模一樣的話，科學家們也有二十分之一的機會（2西格瑪）看見這樣的結果,。

因此,，科學家們需要更多數(shù)據(jù)對這一信號進行驗證，T2K本輪實驗將運行到2021年,，屆時它將獲得目前5倍多的數(shù)據(jù),，但該研究團隊將需要大約13倍的數(shù)據(jù)，才能將統(tǒng)計置信度提升到3西格瑪——大多數(shù)物理學家愿意接受數(shù)據(jù)合理但不能完全確定的門檻,。

為了收集更多必需的數(shù)據(jù),，T2K團隊提出將實驗延續(xù)到2025年。不過,，與此同時,，他們也打算通過與NovA合作，從而加快搜集數(shù)據(jù)的速度,。目前,，參與NovA實驗的科學家們已從費米國家實驗室發(fā)射一束中微子到810公里之外的位于明尼蘇達州北部的一座礦井下，并將于2017年發(fā)射反中微子束,。這兩個團隊已經同意攜手對數(shù)據(jù)進行分析,，到2020年，得到的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計置信度有望達到3西格瑪,。

研究人員表示,，要想達到宣布某些數(shù)據(jù)為“一項發(fā)現(xiàn)”所需要的統(tǒng)計置信度5西格瑪，可能需要新一代的中微子實驗,，目前全球各地正在計劃這些中微子實驗,。

盡管如此，這一發(fā)現(xiàn)激發(fā)了科學家們對于物理學界的“香餑餑”——中微子進行深入研究的興趣,。他們認為,，這種無所不在而又飄忽不定的粒子可能是解決多個物理學謎團的“鑰匙”,。

編輯：金炫美