反物质在哪里

粒子物理学家已经发布了长达十年之久的搜索结果，使我们朝着了解宇宙所有反物质的去向迈出了关键的一步。

宇宙的物质 可以分为两类：物质和反物质，其中每个物质粒子都有一个具有相同质量和相反电荷的反物质伙伴。但是鉴于两者之间的相似性，物理学家仍然不理解为什么宇宙由物质控制。实验正在寻找物质和反物质行为不同的地方，这是不断探索这一谜题的一部分。日本的一个名为T2K合作的项目现已发布了他们的发现。他们的论文没有证实中微子是否与抗中微子不同，但确实为我们提供了一些重要的线索。

芝加哥大学DUNE中微子实验的联合发言人埃德·布鲁彻（Ed Blucher）并未参与这项工作，他说：“这篇论文代表了非常重要的一步。” “这表明实验已经提供了足够的数据，开始对该参数进行重要限制。但这是迈向确定是否违反CP对称性的漫长道路的第一步。” 通过CP对称性，他表示中微子的行为与反中微子的行为是否不同。

如果物质和反物质完全相同，并且以完全相同的方式遵循物理定律，那么宇宙中将只有光子，因为物质和反物质在接触时会相互an灭。几十年前，物理学家安德烈·萨哈罗夫（Andrei Sakharov）提出了一个过程必须满足的三个条件，以便解释物质超过反物质的原因，或者简单地说，为什么存在某种物质（稍后会更多）。可能最容易寻找的条件是违反CP对称性，或者是粒子与同一粒子的镜像（对于奇偶校验是P，在带相反电荷（对于电荷而言是C）之间）不同的物理过程。基本上，违反CP的过程是那些在粒子及其反粒子之间工作方式不同的过程。

科学家已经发现，构成质子和中子的亚原子粒子类夸克中存在一些违反CP的现象，但这还不足以解释为什么宇宙中存在如此多的物质。因此，他们也在追捕轻子中违反CP的现象，轻子是一类包括电子和中微子的粒子。今天，日本的T2K合作组织正在发布自2010年以来获得的数据结果，以寻找中微子中CP违反过程的证据，中微子是宇宙中难以检测但数量最多的物质粒子。该实验没有证实或否认中微子是否经历了违反CP的过程，但它给科学家们希望很快就会有答案，并证明中微子可能确实违反了CP对称性。

T2K由位于东京北部日本东海岸的粒子加速器组成，该粒子加速器通过使质子与目标碰撞而产生中微子束。然后，这会产生一束其他粒子，这些粒子会衰减成中微子的味道，称为“μon中微子”。这束光束进入一个测量中微子的探测器，然后穿过地球并在近300公里（186英里）处传播到一个名为Super-Kamiokande的探测器中，该探测器装有5万吨水和敏感管以检测水-中微子的相互作用。 。在这里，研究小组测量了多少中微子通过称为中微子振荡的过程将其风味转变为电子中微子。。然后，T2K小组会切换加速器的磁场，从而产生介子反中微子而不是介子中微子，从而使它们能够寻找电子反中微子而不是电子 中微子。最后，他们比较两次测量的结果。

所需的复杂的物理和分析意味着该实验的结果不是一成不变的答案。相反，结果是角度测量，称为CP相位。如果CP阶段措施零，180°，或-180，则中微子确实不违反CP-对称性（即，事情中微子和反中微子之间的相同）。如果角度措施别的，它确实违反CP对称性-中微子及其反粒子之间的物理定律不同。这项新的研究强烈反对广泛的角度，包括零角度，但不排除180度。这似乎也暗示了解释数据的最佳角度在-90左右，这是最大的CP对称性违规。该论文今天发表在《自然》上。所有这些都倾向于得出这样的结论，即中微子和反中微子在某些非常重要的方面有所不同，但是再次要确定的是不够的。

T2K发言人Atsuko Ichikawa告诉我们：“这一结果首次通过测量中微子振荡，即通过测量μon中微子到电子中微子的振荡以及μon中微子到电子反中微子的振荡，对轻子的CP相施加了严格的约束，” T2K发言人Atsuko Ichikawa告诉他Gizmodo。

统计数据支持中微子确实违反CP对称性的情况，但实验数据尚无定论。事情越来越近了。也许更重要的是，它表明即将到来的实验（如LBNF / DUNE和Super-Kamiokande的继任者Hyper-Kamiokande）将在未来十年内给出更可靠的答案。T2K国际联合发言人费德里科·桑切斯（FedericoSánchez）告诉Gizmodo，这些实验将产生更强大的中微子束，并与更灵敏的探测器结合，使科学家能够更快地获取数据并产生结果。通过这些项目，研究人员将能够在短短一年内收集到与T2K在20年中收集到的数据量相同的数据。像物理学中一样，更多的数据将使科学家更接近宣布一项发现所需的严格统计阈值。

但是，即使中微子确实违反了CP，这也不会结束故事-这只是萨哈罗夫解释我之前提到的物质反物质不对称之谜的三个条件之一。科学家必须找到其他尚待发现的过程，例如轻子或重子数违反—本质上，描述中微子和质子的核心数以尚未观察到的方式发生变化的过程，例如质子衰减或中微子no 灭。即使如此，理论家也必须找到正确的模型，在这些模型中，这些偏差实际上会导致我们在宇宙中观察到的物质与反物质之间的差异。英国达勒姆大学的物理学教授西尔维娅·帕斯科利（Silvia Pascoli）对吉兹莫多说，观察到轻子中的CP违反以及轻子数违反将提供间接证据，证明轻子是宇宙物质反物质不对称性的罪魁祸首。

因此，搜索仍在继续，并且可能会持续数十年。桑切斯对Gizmodo表示：“您必须将这一结果视为建造一栋巨大建筑的一块小石头。” “它朝着正确的方向发展，但并没有揭示奥秘。”