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各位网友大家好，我是华科这项工作的相关研究人员，感谢各位的兴趣和关注。这个工作比较抽象，我试着尽可能通俗地聊聊这个问题。 宇宙之初的大量反物质消失了 首先，我们要先理解，什么是反物质？反物质是指由反粒子组成的物质，而反粒子则与粒子的质量相同，但电荷相反。一个典型例子就是带负电荷的电子和带正电荷的正电子（电子的反粒子）。当物质和反物质粒子相遇时会以完美的效率湮灭为光子，即转化为100%的纯能量。半克反物质与物质湮灭，释放的能量即相当于一颗投掷到广岛的“小男孩”原子弹，可摧毁一座城市。  图：正负电子湮灭产生光子。 出于对称性的考虑，如果宇宙大爆炸的时候产生了等量的正反物质，那为何今天只观测到物质，而反物质却几乎完全消失了呢？难道反物质像《消失的她》那样，是被谁“杀害”了吗？如果是，谁又来扮演律师“陈麦”，来揭露这掩藏了138亿年的真相呢？  图：《消失的她》剧照。 言归正传，要想理解这一谜题，我们得插上想象的翅膀，回到宇宙最初的起点。起点亦是“奇点”，因为按照物理学家的推测，这一点的时空呈现奇异性，温度、密度等等物理量趋于无穷大，已知的物理定律似乎都在这一点失效了。对于奇点处的物理规律，物理学家还没有建立合适的理论框架去刻画和理解。  图：“宇宙大爆炸”理论描绘的宇宙演化图。 我们的宇宙是“炸”出来的 按照当今的天文学观测和宇宙学理论，物理学家认为，在大爆炸后约10^-35次方秒后，宇宙已经由一个奇点迅速膨胀至一颗西柚这么大（直径约10 cm），并且处在一个温度约为千亿亿亿摄氏度（作为对比，太阳的表面温度只有约5500摄氏度）的环境中。在这个初期宇宙中，各种基本粒子和它们的反粒子——如光子、电子、正电子（电子的反粒子）、甚至是希格斯玻色子等——不断发生激烈的碰撞，产生和湮灭。 宇宙在此过程中继续膨胀，如同一口越来越大的锅，里面煮着沸腾的“基本粒子汤”。由于在剧烈沸腾的“汤”里互相搅拌着，保持动态平衡，粒子和其反粒子的数量应该是相等的。随着宇宙不断扩大，温度逐渐降低，“汤”冷却后，理论上粒子和反粒子应该以相等数量存在。 如果这些数量相等的正反粒子完全互相湮灭成光子，那么宇宙中就只剩下光子在孤零零地跑着——它不会欣赏到跳着维尔纳华尔兹的脉冲双星，不会遇见锻造金属的“宇宙炼金术师”恒星，也不会赶上“一鲸落而万物生”的超新星葬礼，更不会在138亿年后，被一个名为“人类”的会思想的芦苇所捕捉到，解码它身上所蕴藏的远古信息。那将会是一个多么冰冷而又无聊的宇宙！ 不完全对称的物质和反物质 通过上面的讨论，我们可以猜测，必定存在某些机制，使得粒子和其反粒子的行为有所不同，从而使物质在这场史诗般的对决中战胜了反物质，把反物质“杀死”了，才塑造出今天这么一个璀璨多彩的宇宙。那么，到底是什么样的机制在暗中帮助物质，“杀死”反物质呢？ 前苏联物理学家萨哈罗夫（Sakharov）曾对此做出先驱性研究，并且指出，若要产生这种正反物质不对称性，那么必须满足三个关键条件，其中一个，便涉及到CP破坏。[注：萨哈罗夫曾为苏联研制核武器，后转而反对核武器扩散，是类似于美国的奥本海默（Oppenheimer）那样的科学家]  图：爱因斯坦与奥本海默（左）；萨哈罗夫（右）。 什么是CP破坏？它实际上是指粒子相互作用中某种离散对称性的破坏。更具体地说，C代表“电荷共轭变换”，亦即将某个粒子变为其反粒子，例如将带负电的电子，变为带正电的正电子；或是把带正电的质子，变为带负电的反质子。而P则是“宇称变换”，它将空间的方向翻转，例如将向左的箭头变为向右的箭头。 因此，CP变换就像是让一个粒子照镜子，而它的反粒子镜像也在做着类似的动作。如果存在某些原因，使得镜子内外的世界表现出截然不同的行为，那将会是一个匪夷所思却又极其有趣的现象。  图：C、P以及CP变换（左）；CP破坏（右）。 在物理学史上，最早发现破缺的离散对称性是P对称性。当时的物理学家面对着一个谜题：存在两种粒子，它们通过衰变表现出来的宇称相反，然而在其它性质上却极为相似，这就是著名的“θ-τ”之谜。而解开这个谜题的，则是杨振宁和李政道两位先生。他们大胆假设，其实它们就是同一个粒子，只是在弱相互作用中宇称不守恒，所以具有截然不同的衰变模式。 当时，包括量子力学的奠基人之一泡利（1945年诺贝尔物理学奖得主）在内的许多著名物理学家均对此猜想表示怀疑。然而，真正的突破往往在不被看好的地方诞生。宇称破缺的猜想引起了实验物理学家吴健雄女士的关注，她通过实验观察钴原子核的衰变，证实了这一猜想的正确性，震惊了物理学界。随后，杨振宁和李政道先生就被授予了1957年的诺贝尔物理学奖。  图：李政道和杨振宁（左）；泡利与吴健雄（右）。 尽管P对称性在弱相互作用中破缺，包括前苏联全才物理学家朗道等在内的科学家们认为，CP对称性仍然在弱相互作用中守恒。然而，1964年，在美国布鲁克海文国家实验室，物理学家们发现了中性K介子衰变中CP对称性的破缺，最终获得了1980年的诺贝尔物理学奖。有意思的是，上文提到的促使杨振宁和李政道先生提出宇称不守恒猜想的粒子，正是带电的K介子，它们内部均含有一种名为“奇异夸克”的基本粒子。如此说来，K介子确实是“奇异”粒子，因为它总能给我们带来各种意想不到的惊人发现。  图：美国布鲁克海文国家实验室。 在首次发现K介子的CP破坏后，科学家们又陆续在其它类型的介子系统中观测到了CP破坏现象。然而，对于构成我们日常大部分可见物质的重子物质，比如原子核中的质子和中子，其CP破坏却迟迟未在实验中得到证实 我们的理论为未来的实验提供了新思路 基于此背景，华中科技大学研究粒子物理理论的科研团队指出，Λb重子的某种衰变模式可能呈现出显著的CP破坏。有趣的是，这种衰变模式的CP破坏效应利用了量子物理学中的一个独特现象——两个跃迁振幅的干涉，类似于电子的双缝干涉实验。由于重子的组分之一底夸克和其衰变产物上夸克耦合的特殊性，这种干涉效应可能会导致在重子系统中展现出较大的CP破坏，为实验物理学家首次发现重子的CP破坏提供了全新的研究思路。  图：Λb重子衰变的示意图。 位于欧洲核子中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）就如同一座Λb重子的“工厂”。其正开足马力，以史无前例的速度，在大批量生产Λb重子并且精确记录它们的衰变信息。它的其中一个科学目标，就是寻找重子的CP破坏。这同时也为验证华科团队的理论设想提供了坚实的实验基础。未来一旦发现重子的CP破坏，将标志着CP破坏研究的新里程碑。这对于我们理解宇宙的结构和演化规律，乃至人类自身的起源，都意义深远。 极小与极大的对立与统一 在欧洲核子中心，有一尊由印度赠送的湿婆(Shiva)雕塑。在其上，湿婆跳着灭世与创生的天舞；于其下，质子们以接近光的速度碰撞、碎裂又重组，演绎着产生与湮灭的交响乐。有趣的是，据说在印度文化中，最短的时间单位“刹那”（Ksana）约为0.018秒，最长的时间单位“劫”（Kalap）则长达数十亿年。大多数粒子的寿命短于“一刹那”，而宇宙的年龄却又远超“一劫”。  图：欧洲核子中心的湿婆雕塑（左）；质子对撞产生各种粒子（右）。 对CP破坏的研究，宛如一座桥梁，将极小的粒子与极大的宇宙巧妙连接起来，仿佛一条无始无终的“衔尾蛇”。  消失的反物质到底去哪了？我们尚未有答案。但是，可以借用“数学界的亚历山大”，大数学家希尔伯特的一句名言：“我们必须知道，我们必将知道（We must know, we will know）”。
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