對稱性是自然界中一個重要的基本結(jié)構(gòu),，它不僅出現(xiàn)在數(shù)學(xué)和藝術(shù)之中，也出現(xiàn)在生命體和星系中,。尤為物理學(xué)家感興趣的是,，有的物體看起來應(yīng)該是對稱的，但實際上卻并不是,，這種發(fā)現(xiàn)對稱性被打破的感覺,，就像是發(fā)現(xiàn)了一個物體在鏡子里有著一個匪夷所思的鏡像。

質(zhì)子，是一種出現(xiàn)在每個原子中心的帶正電荷的粒子,。它與中子統(tǒng)稱為核子,，是原子核的組成部分，它們占宇宙可見物質(zhì)的99%以上,。過去一些與質(zhì)子有關(guān)的研究不僅帶來了許多新技術(shù)的發(fā)展（比如促進了癌癥治療的質(zhì)子療法）,，也同時加深了我們對恒星的形成和早期宇宙的理解。長期以來,，物理學(xué)家都認(rèn)為質(zhì)子的組成部分應(yīng)該是對稱的,，然而一項剛發(fā)表于《自然》的新研究，測量到了質(zhì)子內(nèi)的不對稱性,。

質(zhì)子并不是基本粒子,，它們是由更小的夸克和膠子組成?？淇擞辛N類型,，或者說六種“味”，其中最輕的兩種是上夸克和下夸克,，也是最有可能在核子中發(fā)現(xiàn)的,。

在許多質(zhì)子“快照”中，你會看到質(zhì)子中包含了3個價夸克：兩個上夸克（電荷為+2/3）和一個下夸克（電荷為-1/3）,。

 常見的質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,。

然而，這幅圖像所描述的畫面還是過于簡單了,。實際上,，質(zhì)子內(nèi)部還充斥著將夸克緊緊束縛在一起的膠子，以及在質(zhì)子內(nèi)部短暫出現(xiàn)又消失的夸克-反夸克對,。

 質(zhì)子的內(nèi)部實際上非常復(fù)雜,。| 圖片素材：Nature

物理學(xué)家起初認(rèn)為，反上夸克和反下夸克在質(zhì)子內(nèi)的出現(xiàn)概率是相同的,，換句話說他們認(rèn)為反夸克是“味對稱”的,。這個圖景一直持續(xù)到了上世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了表明味對稱可能會被打破的實驗結(jié)果,。

1970年,，理論物理學(xué)家Sidney Drell和Tung-Mow Yan提出了一種可直接用來探測質(zhì)子內(nèi)部存在反物質(zhì)的過程，這種過程后來被稱為Drell-Yan過程,。在這種過程中,，一束質(zhì)子被發(fā)射到一個靶原子上，質(zhì)子束中的任何夸克或反夸克一旦與靶原子中與之對應(yīng)的反粒子相遇,，就會發(fā)生湮滅而產(chǎn)生虛光子,。緊接著,，虛光子會衰變成一對粒子，通常是一個電子和一個正電子,，或者是一個μ子和一個反μ子,。研究人員通過探測和分析產(chǎn)生的粒子對，就可以獲取關(guān)于質(zhì)子內(nèi)的反上夸克和反下夸克的信息,。

 夸克湮滅的,，產(chǎn)生一個虛光子，以及兩個μ子,。分析μ子對能夠幫助我們了解質(zhì)子中的夸克的味不對稱,。

1994年，物理學(xué)家在歐洲核子研究中心進行了第一個Drell-Yan實驗——NA51實驗,，盡管實驗只得到了一個數(shù)據(jù)點,，但結(jié)果也展現(xiàn)出了不對稱性：質(zhì)子內(nèi)的反下夸克比反上夸克多出50%。到了2001年,，美國費米實驗室的E866/NuSea實驗獲取了與NA51實驗結(jié)果一致的數(shù)據(jù)。但這兩項研究都具有較大的不確定性,。

20年前,，費米實驗室的一隊研究人員展開了一項新的Drell-Yan實驗來對這一問題進行調(diào)查。現(xiàn)在,，這項被稱為E906/SeaQuest的Drell-Yan實驗終于完成了,。在這項實驗中，研究人員搭建了一種新的測量μ子-反μ子對的實驗裝置,，目的是再現(xiàn)和擴大E866/NuSea研究的價夸克分?jǐn)?shù)動量的范圍,。這次，他們將質(zhì)子束靶向了液態(tài)氫和液態(tài)氘,。氫的原子核由單個質(zhì)子組成,，氘的原子核則包含一個質(zhì)子和一個中子。當(dāng)質(zhì)子束擊中氫或氘時,，質(zhì)子束中的夸克會與氫或氘中的反夸克發(fā)生湮滅,，從而釋放μ子。

與E866/NuSea實驗相比,，E906/SeaQuest在測量的數(shù)值精確度上有了顯著的提升,。新的結(jié)果明確地表明，反下夸克多于反上夸克,，平均來說,，每個反上夸克對應(yīng)1.4個反下夸克。這是迄今為止得到的在質(zhì)子中,，反物質(zhì)的概率分布的最佳結(jié)果,。

過去,，理論家提出過許多解釋這種味不對稱的可能性。新結(jié)果的精確度足以排除其中一些明顯不對的模型,。與此同時,，它也讓兩種有潛力的理論模型脫穎而出。

一個是被稱為“π介子云”的模型,，這個模型強調(diào)的是質(zhì)子發(fā)射和重新吸收π介子粒子的趨勢,。自上世紀(jì)40年代起，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)在原子內(nèi),，質(zhì)子和中子會來回傳遞π介子,。于是有物理學(xué)家意識到，質(zhì)子也可以短暫地發(fā)射一個帶正電荷的π介子,，緊接著將其快速重新吸收來變成一個中子,。具體來說，質(zhì)子變成一個中子和一個由一個上夸克和一個反下夸克組成的π介子,。因為這個π介子有一個反下夸克,，因此一些理論學(xué)家認(rèn)為，“介子云”可用來解釋在質(zhì)子中測量到的反下夸克過剩,。

另一個模型被稱為統(tǒng)計模型,，在這種模型中，質(zhì)子被視作為一個充滿了氣體的容器,，質(zhì)子內(nèi)部的粒子就像是氣體分子,，這些“氣體分子”的運動速度取決于它們的角動量是整數(shù)還是半整數(shù)。當(dāng)將這一模型調(diào)整到與從無數(shù)散射實驗中得到的數(shù)據(jù)相匹配時,，模型很好地預(yù)測出了反下夸克過量的情況。

不過,，這兩種模型并沒有做出完全相同的預(yù)測。研究人員計劃,，接下來將通過實驗來幫助物理學(xué)家從這兩種模型中做出選擇,。但無論哪種模型是正確的,，對于粒子物理學(xué)家來說，SeaQuest實驗獲得的結(jié)果都具有里程碑式的意義,。此外,，新結(jié)果中所呈現(xiàn)出的趨勢與從E866/NuSea實驗中觀察到的存在不一致。物理學(xué)家表示,，若要解釋這種不一致性，未來的類似實驗應(yīng)該至少具有和E906/Seaquest相當(dāng)?shù)木取?/span>