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宇宙物質數量為何比反物質多?LHCb 實驗揭露兩者行為差異新線索

科技新報

更新於 2025年07月17日17:02 • 發布於 2025年07月17日17:02

宇宙學模型表明,大爆炸應產生等量物質和反物質,且兩者碰面即相互湮滅,但出於某些原因未發生此情況,身為物質的我們才存在。現在,CERN 科學家可能進一步解釋為何宇宙物質及反物質數量不平衡。

從人類、地球、太陽到星系,宇宙所有可見事物都是由重子組成的物質(matter),但宇宙學模型表明大爆炸應產生數量相同的物質及反物質(Antimatter),而物質與反物質一碰觸就會湮滅(釋放高能光子),所以科學家至今仍在思考為何當今宇宙遺留的絕大多數都是正粒子,物質數量遠超反物質數量,此明顯重子不對稱性現象稱為 CP 不守恆(charge-parity violation)。

物理學家推測,雖然物質與反物質像攣生兄弟,兩者行為仍存在某種未知差異,才導致當今宇宙由物質而非反物質主導,但過去只在介子(1 個夸克與 1 個反夸克組成的粒子)明確觀測到 CP 不守恆現象,對由 3 個夸克組成的重子物質來說,無法有效解釋其與反重子物質的行為差異。

直到最近,CERN 大型強子對撞機底夸克實驗(Large Hadron Collider beauty,LHCb)團隊提出重子衰變過程發生 CP 不守恆的第一個觀察結果,或者說重子、反重子物質不以完全相同的方式衰減,相對差異 2.5%,顯著性差異達 5.2 個標準差,驗證重子物質和反物質之間不對稱性。

這項研究有助解答「我們為什麼存在?」等基本問題,物理學家將繼續尋找 CP 不守恆更多來源,確認是否有些事物超出粒子物理學標準模型預測。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:pixabay

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