宇宙為什麼是物質的？

在亞原子水平上研究宇宙的科學家們總有一個願望，就是希望得到更大、功率更強的機器。當他們得到資金實現願望的時候，現有的、相比較而言較小的機器就變得多餘了。斯坦福線性粒子加速器中心的正負電子對撞機（PEP）的命運就是如此，它的地位被新設備取代後，於1990年給關閉了。

1999年5月，經過整修和改裝後，它又重新投入使用，並被命名為PEP－II。這次改裝使它搖身變成生產B介子的「工廠」。它的新使命是回答一個意義深遠、只有物理學家才會問的問題：為什麼宇宙是由物質構成的？最近，科學家們給出了部分可能的答案。

這個問題之所以提出來，是因為宇宙中最基本的東西似乎都是成雙結對的。特別值得一提的是，構成物質的每一種粒子都有一個相等並相反的反粒子，它們構成反物質。我們知道，如果將一個粒子和一個反粒子放在一起，它們會在能量的爆發中彼此湮滅。但有一點知道的人可能就不多了，那就是相反的過程也可以發生：能量可以自然地轉化成某種切實的東西。當這種情況發生時，所產生的物質的每一粒子都會伴有一個相應的反粒子。

根據宇宙大爆發理論，宇宙在創世之後，緊接著就是難以計數的物質－－－－反物質對的巨大能量的冷凝。所以一般人自然而然地會想，早期的宇宙一定含有同等數量的物質與反物質。但是，這種假設會衍生出這樣一個問題：當宇宙冷卻下來之後，這些粒子最終將會彼此湮滅，然後剩下能量就什麼也沒有了。幸好，在半個世紀前已經有科學家證明這種想當然的認識是錯誤的。

它們在鏡中的映像事實上並不是大多數人所理解的那樣是臉對臉的「鏡像」，而是反方向的「臉對背」－－－－這從物理學上講似乎是不可能的。這種違反宇稱性的現象無疑是讓理論物理學家感到震動，但從另一角度講，這其實更是一種收穫，是對粒子物理學的豐富。於是物理學家們又將電荷效應融入他們的模型，從理論上用帶電宇稱性對稱理論解決了鏡像問題。然而，當研究人員開始用實驗來證實這一理論時，他們發現，有什麼地方出錯了－－－－雖然只是偶爾才有這種情況。錯誤出在被稱為K介子的粒子相互作用上，這種錯誤暗示著物質和反物質並不是真正對稱的，進一步說，就是在宇宙大爆炸之後，物質比反物質多。

一波未平一波又起。就在人們還在討論K介子的問題時，又有一種理論提出，B介子也能證明存在這種不對稱性，甚至比K介子更有說服力。可惜的是，B介子很難用來進行研究，因為它們衰減的速度非常快－－－－通常在它們產生後的1萬億分之1．5秒之內。由於它們實在太「短命」了，如果要對它們進行任何有意義的研究，就必須產生大量的B介子，而且還不能有太多的其它亞原子粒子在裡面「搗亂」。在這種情況下，有兩隊物理學家決定建造特製的能噴射大量B介子的機器。這種機器有別於一般的粒子加速器。粒子加速器產生的是混雜的粒子。

實驗表明，B介子和反B介子確實存在不對稱性。但讓人失望的是，這種不對稱性在理論預測的範圍之內－－－－也就是說，它不足以代表宇宙中的所有物質。不過，與繪製地圖一樣，對物質－－－－反物質不對稱性的研究需要用三角測量法，必須測量出另外兩個角的值才能把問題正確解決。只不過在這裡，其中一個角的角度要用複數來表示。但不管怎樣，三角形三個角的角度加起來必須是180度。現在科學家正測量另外兩個角的角度，如果三個角加起來是180度，則有關的理論就要重新修正了；另外的不對稱性源自哪裡，進一步說，另外的物質在哪裡？這更要讓科學家大傷腦筋了。

摘自《世界發明》