夜空中的每一顆星，都在訴說(shuō)著一個(gè)古老的謎題。

我們生活在一個(gè)物質(zhì)構(gòu)成的宇宙里，這似乎是不言而喻的常識(shí)。可是，很少有人會(huì)在仰望星空時(shí)想到這樣一個(gè)問(wèn)題：那些理應(yīng)存在的反物質(zhì)，究竟去了哪里？

按照現(xiàn)代物理學(xué)的認(rèn)知，在宇宙誕生的那一刻，物質(zhì)與反物質(zhì)應(yīng)當(dāng)如影隨形，等量而生，絕對(duì)對(duì)稱(chēng)。它們像一對(duì)完美的敵人，彼此對(duì)立、性質(zhì)相反，一旦相遇，便立即湮滅，化為純粹的能量光芒。

然而今天的宇宙，卻徹底偏向了物質(zhì)這一邊。

星系、恒星、行星，乃至我們的血肉之軀，全部建立在物質(zhì)之上。反物質(zhì)幾乎絕跡，只在極少數(shù)的高能事件中短暫閃現(xiàn)，如同幽靈般飄忽不定。這種徹底的失衡，是宇宙最深層的謎團(tuán)之一。

我們稱(chēng)之為：宇宙中的物質(zhì)反物質(zhì)不對(duì)稱(chēng)。

這個(gè)問(wèn)題不僅困擾了整整一代粒子物理學(xué)家，也隱含著一個(gè)近乎哲學(xué)的追問(wèn)：我們存在的原因，究竟是一種自然的秩序，還是一次偶然的破壞？

尋找破碎的對(duì)稱(chēng)

過(guò)去六十多年來(lái)，科學(xué)界已經(jīng)在某些特殊粒子中捕捉到過(guò)這種"對(duì)稱(chēng)性破壞"的痕跡，但它們多發(fā)生在邊緣的、短壽的中性介子上。這些粒子就像舞臺(tái)上的配角，重要但不是主角。真正構(gòu)成世界的核心粒子，也就是重子（如質(zhì)子、中子），始終未被觀測(cè)到類(lèi)似現(xiàn)象。

直到最近，一項(xiàng)來(lái)自歐洲核子研究中心（CERN）LHCb實(shí)驗(yàn)的成果，打破了這一沉默。

研究人員首次在重子衰變中，直接觀測(cè)到了電荷宇稱(chēng)（CP）對(duì)稱(chēng)性的破壞。這一發(fā)現(xiàn)近日發(fā)表于《Nature》，可能成為揭開(kāi)宇宙"不平等"起源的關(guān)鍵一步。

它未必能給出最終答案，但它標(biāo)志著我們第一次在構(gòu)成我們自身的粒子層面，發(fā)現(xiàn)了對(duì)稱(chēng)的破裂。

這，值得我們花些時(shí)間，認(rèn)真理解。

什么是"對(duì)稱(chēng)性破壞"？

在自然界的基本規(guī)律中，對(duì)稱(chēng)性是一種核心思想。對(duì)稱(chēng)，并不只是視覺(jué)上的"左等于右"，而是指在某些物理變換下，系統(tǒng)的行為保持不變。

如果我們把一段物理過(guò)程進(jìn)行鏡像變換（"宇稱(chēng)"P），或者將其中的粒子換成它們的反粒子（"電荷共軛"C），再或者兩者同時(shí)進(jìn)行（即"CP變換"），理論上結(jié)果應(yīng)當(dāng)一致。這種"CP對(duì)稱(chēng)性"在早期的物理模型中被視為天經(jīng)地義。

但自然界并非絕對(duì)公平。1956年，物理學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)弱相互作用中存在宇稱(chēng)破缺。幾年后，在中性K介子的衰變中又發(fā)現(xiàn)了CP破壞。此后，這種"對(duì)稱(chēng)性的例外"被逐步納入標(biāo)準(zhǔn)模型之中，成為粒子物理學(xué)的一部分。

問(wèn)題在于，標(biāo)準(zhǔn)模型中的CP破壞程度太小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以解釋宇宙中幾乎純粹由物質(zhì)構(gòu)成的事實(shí)。

這意味著，宇宙中還潛藏著更深層次的不對(duì)稱(chēng)性，而我們尚未找到它。

為什么這次發(fā)現(xiàn)意義重大？

過(guò)去觀測(cè)到的CP破壞，主要發(fā)生在介子系統(tǒng)中，特別是K介子和B介子的衰變過(guò)程。這些粒子雖然對(duì)研究重要，但它們的壽命極短，且并不直接構(gòu)成我們?nèi)粘Ｋ?jiàn)的世界。

相比之下，重子是宇宙中的"建構(gòu)單位"。我們熟知的質(zhì)子、中子都是重子，它們組合成原子核，構(gòu)成了所有元素，組成了人類(lèi)、地球、以及可見(jiàn)宇宙中的一切結(jié)構(gòu)。

此次LHCb實(shí)驗(yàn)的突破，是首次在重子的衰變中明確觀測(cè)到CP破壞現(xiàn)象。更具體地說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)觀察了一種名為Λb?（Lambda-b 零）的重子在特定衰變路徑中的行為，并發(fā)現(xiàn)其與對(duì)應(yīng)反粒子的衰變并不完全對(duì)稱(chēng)。

這是一個(gè)意義非凡的信號(hào)。我們終于在構(gòu)成宇宙主要成分的粒子系統(tǒng)中，找到了自然"偏向物質(zhì)"的證據(jù)。

一個(gè)里程碑，而非終點(diǎn)

重要的是澄清：這個(gè)發(fā)現(xiàn)本身，并不足以解釋反物質(zhì)為何消失。

根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)模型，Λb?的CP破壞雖然存在，但數(shù)量級(jí)仍然太小，不足以導(dǎo)致現(xiàn)如今宇宙中的巨大物質(zhì)反物質(zhì)失衡。

但這并不妨礙它成為一個(gè)里程碑。原因在于：

首先，實(shí)驗(yàn)首次驗(yàn)證了重子中的CP破壞確實(shí)存在，從"理論預(yù)期"走向"實(shí)驗(yàn)證據(jù)"，意義深遠(yuǎn)。

其次，它為探索"標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理"提供了新的實(shí)驗(yàn)切口。既然已在重子中觀察到對(duì)稱(chēng)性破裂，是否存在更強(qiáng)烈、甚至宏觀層面上的機(jī)制？這成為了全新的研究方向。

最后，它強(qiáng)化了這樣一種可能性：宇宙的"偏心"，可能就藏在我們身體里，而非遙不可及的早期宇宙階段。

也就是說(shuō)，雖然這項(xiàng)結(jié)果尚不足以解答"反物質(zhì)去哪了"，但它是一道方向明確、實(shí)驗(yàn)扎實(shí)、理論潛力巨大的提示。

未來(lái)之路

LHCb的這個(gè)發(fā)現(xiàn)只是一個(gè)開(kāi)始。接下來(lái)的幾年里，隨著大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的運(yùn)行效率提升，以及下一代實(shí)驗(yàn)設(shè)施的啟動(dòng)，科學(xué)家將有機(jī)會(huì)進(jìn)一步探測(cè)更稀有的重子衰變路徑、測(cè)量更高精度的對(duì)稱(chēng)性破壞數(shù)據(jù)。

如果這些CP破壞現(xiàn)象繼續(xù)出現(xiàn)在越來(lái)越多的重子中，且程度超出了標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)期，那將是一個(gè)明確的信號(hào)：我們現(xiàn)在使用的物理理論體系不完整，有新物理等待被發(fā)現(xiàn)。

那時(shí)，"反物質(zhì)去哪了"這道古老的問(wèn)題，或許終于能走出理論泥潭，走進(jìn)觀測(cè)和驗(yàn)證的時(shí)代。

我們存在的理由

很多人可能會(huì)問(wèn)，這種粒子層面的微小不對(duì)稱(chēng)，和我們現(xiàn)實(shí)生活到底有什么關(guān)系？

答案是：一切都源于它。

如果當(dāng)初物質(zhì)和反物質(zhì)嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)，這個(gè)宇宙可能根本無(wú)法存在。沒(méi)有星系，沒(méi)有恒星，沒(méi)有化學(xué)元素，沒(méi)有你我。宇宙仍然會(huì)爆炸、膨脹、冷卻，但它將是一片完美、孤獨(dú)、冰冷的空白。

所以我們可以說(shuō)，我們存在，是因?yàn)橛钪嬖谀硞€(gè)關(guān)鍵時(shí)刻"偏了心"。而現(xiàn)在，物理學(xué)正在努力找到這個(gè)偏心的證據(jù)。

那是一種穿透數(shù)學(xué)、穿透實(shí)驗(yàn)的哲學(xué)問(wèn)題：為什么是我們？為什么是這里？為什么是現(xiàn)在？

每一個(gè)關(guān)于反物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，都是向這個(gè)問(wèn)題投出的探照燈。我們也許看不到終點(diǎn)，但每一道光，都讓未知的邊界，稍微亮一點(diǎn)點(diǎn)。

在這個(gè)由物質(zhì)構(gòu)成的宇宙里，我們既是觀察者，也是被觀察的對(duì)象。我們用反物質(zhì)缺失的身體，去尋找反物質(zhì)消失的秘密。這種悖論般的美妙，或許正是科學(xué)探索最動(dòng)人的地方。

夜空依然深邃，星光依然閃爍。

但現(xiàn)在我們知道，每一顆星的存在，都在訴說(shuō)著宇宙最初的那次"偏心"。這個(gè)偏心，讓空無(wú)一物的完美對(duì)稱(chēng)，破碎成了我們今天看到的繁華世界。

參考：

DOI: 10.1038/s41586-025-09119-3