为什么我们的物质宇宙能够存在？这是物理学中最大的一个谜。Shutterstock
物理学家最近进行了有史以来精度最高的一次反物质特性观测。结果显示，即便在超高的精度下，反物质的表现依然和物质保持一致。这一结果非但没有解答出物理学里的一个终极谜题，反而让它显得更加扑朔迷离。这个问题就是：为什么宇宙大爆炸在理论上创造了等量的物质和反物质，实际上却留下了一个完全由物质构成的宇宙？
我们的宇宙是对称而平衡的。每一个“普通”粒子，都对应有一个“反”粒子。普通粒子和反粒子的质量完全相同，但是电荷和其它一切可以相反的特性都相反。和电子对应的是正电子；和质子对应的是反质子。以此类推。
粒子和反粒子一旦相遇就会“湮灭”，化为纯能量。而理论上认为，宇宙大爆炸创造的物质和反物质是等量的，它们理应会互相湮灭，化为乌有。宇宙间本不可能留下任何可供生命采用的基本材料，甚至于除了能量之外，什么都不应该留下。但是事实却是，我们存在，且存在于一个几乎完全由物质构成的宇宙中。
由于物质和反物质除了电荷等特性相反之外，具有相同的表现，所以是什么原因导致这两者中的一种能够从大爆炸中幸存下来，另一种却没有呢？
为了解开这个谜，科学家尝试了许多方法。方法之一就是以尽可能高的精度，观测物质和反物质的基本特点，比较它们的异同。假如它们在基本特点上有差异，即使这种差异极其微妙，也足以为我们提供解开这个千古之谜的线索。
要研究反物质，首先必须制造反物质。近年，物理学家研究得最多的反物质是反氢。氢是目前人类了解得最充分的一种物质（可能也是宇宙间最简单的物质）。制造5万个反氢原子，需要使用9万个反质子和300万个正子（正电子）。最终却也只能用磁场俘获其中的20个反氢原子，并将它们置于一个28厘米长的圆柱型圆柱型容器中。
而根据4月4日《自然》杂志上的一篇论文，一个科研小组采用了一种前所未有的新标准，对反氢进行了有史以来精度最高的观测。他们的研究对象是1.5万个反氢原子（制造并保存这么多反氢原子首先就非常困难）。针对这些反氢原子，科研小组观测了它们的跃迁特点，亦即当它们从较低能量级跃升至较高能量级时，发射或吸收的光的频率。
此次观测的分光精度高达万亿分之二，比之前的最高精度——十亿分之几的级别——提升了大约100倍。据信，未来精度还有望再提升1000倍。但科学家并未通过此次实验发现任何新的东西。实验中，氢和反氢，也就是物质和反物质的光谱表现完全相同。这些反氢原子的能量级和吸收的光量，与氢原子的表现是一致的。
虽然在此精度级别上的相同表现，并不意味着在更高精度上，物质和反物质的表现还会一样。但这样的结果无疑会让物质宇宙存在之谜更加扑朔迷离。
下一步科学家可能会对反物质进行精度更高的光谱观测，甚至于可能会观测并比较它们在引力影响下是否有不同表现。
参考：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0017-2
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