宇宙为什么是物质的？

在亚原子水平上研究宇宙的科学家们总有一个愿望，就是希望得到更大、功率更强的机器。当他们得到资金实现愿望的时候，现有的、相比较而言较小的机器就变得多余了。斯坦福线性粒子加速器中心的正负电子对撞机（PEP）的命运就是如此，它的地位被新设备取代后，于1990年给关闭了。

1999年5月，经过整修和改装后，它又重新投入使用，并被命名为PEP－II。这次改装使它摇身变成生产B介子的“工厂”。它的新使命是回答一个意义深远、只有物理学家才会问的问题：为什么宇宙是由物质构成的？最近，科学家们给出了部分可能的答案。

这个问题之所以提出来，是因为宇宙中最基本的东西似乎都是成双结对的。特别值得一提的是，构成物质的每一种粒子都有一个相等并相反的反粒子，它们构成反物质。我们知道，如果将一个粒子和一个反粒子放在一起，它们会在能量的爆发中彼此湮灭。但有一点知道的人可能就不多了，那就是相反的过程也可以发生：能量可以自然地转化成某种切实的东西。当这种情况发生时，所产生的物质的每一粒子都会伴有一个相应的反粒子。

根据宇宙大爆发理论，宇宙在创世之后，紧接着就是难以计数的物质－－－－反物质对的巨大能量的冷凝。所以一般人自然而然地会想，早期的宇宙一定含有同等数量的物质与反物质。但是，这种假设会衍生出这样一个问题：当宇宙冷却下来之后，这些粒子最终将会彼此湮灭，然后剩下能量就什么也没有了。幸好，在半个世纪前已经有科学家证明这种想当然的认识是错误的。

它们在镜中的映像事实上并不是大多数人所理解的那样是脸对脸的“镜像”，而是反方向的“脸对背”－－－－这从物理学上讲似乎是不可能的。这种违反宇称性的现象无疑是让理论物理学家感到震动，但从另一角度讲，这其实更是一种收获，是对粒子物理学的丰富。于是物理学家们又将电荷效应融入他们的模型，从理论上用带电宇称性对称理论解决了镜像问题。然而，当研究人员开始用实验来证实这一理论时，他们发现，有什么地方出错了－－－－虽然只是偶尔才有这种情况。错误出在被称为K介子的粒子相互作用上，这种错误暗示着物质和反物质并不是真正对称的，进一步说，就是在宇宙大爆炸之后，物质比反物质多。

一波未平一波又起。就在人们还在讨论K介子的问题时，又有一种理论提出，B介子也能证明存在这种不对称性，甚至比K介子更有说服力。可惜的是，B介子很难用来进行研究，因为它们衰减的速度非常快－－－－通常在它们产生后的1万亿分之1．5秒之内。由于它们实在太“短命”了，如果要对它们进行任何有意义的研究，就必须产生大量的B介子，而且还不能有太多的其它亚原子粒子在里面“捣乱”。在这种情况下，有两队物理学家决定建造特制的能喷射大量B介子的机器。这种机器有别于一般的粒子加速器。粒子加速器产生的是混杂的粒子。

实验表明，B介子和反B介子确实存在不对称性。但让人失望的是，这种不对称性在理论预测的范围之内－－－－也就是说，它不足以代表宇宙中的所有物质。不过，与绘制地图一样，对物质－－－－反物质不对称性的研究需要用三角测量法，必须测量出另外两个角的值才能把问题正确解决。只不过在这里，其中一个角的角度要用复数来表示。但不管怎样，三角形三个角的角度加起来必须是180度。现在科学家正测量另外两个角的角度，如果三个角加起来是180度，则有关的理论就要重新修正了；另外的不对称性源自哪里，进一步说，另外的物质在哪里？这更要让科学家大伤脑筋了。

摘自《世界发明》 看中国网站 禁止建立鏡像網站。返回正版看中国网站。

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