万物为何存在：粲介子的正反粒子竟是终极谜题的钥匙

根据牛津大学物理学家对大型强子对撞机数据的分析，有一种亚原子粒子可在物质和反物质之间来回切换。正反粒子之间几不可测的微小质量差异或许就是宇宙诞生之初，没有直接湮灭的原因。

反物质和“物质”一般的区别仅仅是两者的电荷电性。这意味着，如果物质和反物质粒子接触，它们就相互湮灭。

使事情复杂的是，一些粒子，如光子，实际上是它们自己的反粒子。其他一些粒子甚至被认为同时作为两种状态的奇异叠加态而存在。

而现在，一种新的粒子已经加入了这个专属俱乐部——粲介子。这种亚原子粒子通常由一个粲夸克和一个上反夸克组成，而它的反物质相当于由一个粲反夸克和一个上夸克组成。通常情况下，正反粲介子是泾渭分明的，但新的研究却发现，粲介子可以在两者之间自发切换。

最终泄露秘密的是，这两种状态的质量略有不同。我们指的是极端的 "轻微"——差别仅仅0.0000000000000000000000000000000001克。

这一令人难以置信的精确测量值，源于牛津大学的物理学家从大型强子对撞机第二次运行期间收集的数据。粲介子是在大型强子对撞机的质子-质子对撞中产生的，通常在衰变成其他粒子之前只能行进几毫米的距离。

通过比较在不同距离上衰变的粲介子，研究小组发现质量差异是驱动它们是否变成反粒子的主要因素。

这一绝对微小的发现可能对宇宙产生巨大的影响。根据粒子物理学的标准模型，大爆炸应该产生等量的物质和反物质，随着时间的推移，所有的物质都会发生碰撞和湮灭，使宇宙最终空空如也。显然，这并没有发生，物质以某种方式占据了主导地位，但是是什么导致了这种不平衡？

新发现提出假设，像粲介子这样的粒子从反物质转变为物质的频率比从物质转变为反物质的频率高。这种细微的差异，最终导致物质占了上风。

这项研究已经提交给《物理评论快报》杂志，并且目前可以在预印本服务器arXiv上找到。

资料来源：Oxford University, CERN

celk:

有三点要指正，一个是“研究小组发现质量差异是驱动它们是否变成反粒子的主要因素”，其实不是“是否变成反粒子”，而是“变成反粒子又变回来的频率”，更具体地说，质量越接近、差异越小，正反粒子来回变脸的速度就越慢。
第二点是“新发现提出假设，像粲介子这样的粒子从反物质转变为物质的频率比从物质转变为反物质的频率高”，这种描述有点鲁莽了，首先这项成果不是发现了什么新东西，而是准确测量出了理论预言的质量差，其次这项实验测量结果本身并没有提出什么假设，只是科学家开始幻想：既然这次把粲介子振荡频率成功测出来了，那说不定不久的将来就可以测量“从正变反”和“从反变正”两个过程的细微差异了……这也不是什么假设，就是个畅想未来……
第三点比较硬核，报道原文也比较草草了事、但勉强说得通，不过译文将草草了事的部分也删了，前后文一衔接就出问题了。文中提到“这两种状态的质量略有不同”，说的是粲介子和反粲介子的质量略有不同吗？不是的，无论粲介子还是反粲介子都没有固定的质量，这正是其神奇之处，你需要将它们量子叠加起来，“粲介子+反粲介子”以及“粲介子-反粲介子”这两个东西才能分别具有固定的质量，而且这两个质量“略有不同”