大爆炸之後的138億年，宇宙仍然充滿各種天體，所有這些天體都是由物質組成的。既然物質都還在，
那麼反物質都去哪裡了？
在近日於美國芝加哥舉辦的第38屆高能物理國際會議上，日本科學家對於為什麼現在的宇宙間充滿了正物質而非反物質，給出了一個解釋：中微子這種亞原子粒子在物質形態和反物質形態的表現不同。不過，他們也表示，還需要收集更多數據才能對此解釋進行確認。
為什麼宇宙中有物質？這是物理學中最大的謎團之一。恆星、行星、星系和星系團都是由物質構成的，植物和動物也是由物質構成的。本來這是極為自然的事情，但是另一種奇怪的東西出現後，我們就陷入了理解的困境，這種東西就是反物質。
根據我們對宇宙起源和反物質的瞭解，物質和反物質都應該是不存在的。因為，反物質具有一個非常重要的特點：當它和物質結合時，會相互湮滅抵消，併產生巨大能量（光子）。另一方面，物理定律表明，宇宙大爆炸產生的巨大能量應該創造了等量的物質和反物質。而問題就出現在這裡——按理說，等量的物質和反物質相遇，就會“同歸於盡”。可是大爆炸之後的138億年，宇宙仍然充滿各種天體，所有這些天體都是由物質組成的。既然物質都還在，那麼反物質都去哪裡了？
反物質是如何被發現的？
我們先從反物質的物理淵源說起。故事開始於1928年左右。當時，物理學正處於重大改變期。愛因斯坦提出了相對論，闡述了引力的本質，以及當物體以接近光速運動時會發生什麼情況。而另一群物理學家正在發展量子力學，來描述粒子的行為。與此同時，英國物理學家保羅·狄拉克試圖將這兩者聯繫起來。
狄拉克提出了一個描述電子運動的數學方程式，即狄拉克方程。這是一個既具有量子力學特徵，又滿足狹義相對論要求的方程。在方程中，和電子共同存在的還有另一種粒子。它並不是傳統帶負電荷的電子，而是奇怪的帶著正電荷的電子——也就是電子的反粒子。
1931年，狄拉克預言了電子的反粒子即“反電子”的存在，他還進一步提出質子及其他粒子也應該有相應的反粒子。如果所有粒子都有反粒子，那麼就有可能存在完全由反粒子組成的物質，這種物質就是反物質。這是人類第一次意識到可能存在反物質。
其實早在狄拉克提出反粒子概念之前，反粒子就已經在實驗室裡留下了蹤跡，但被實驗物理學家忽略了。那時實驗室內探測帶電粒子徑跡的主要工具是“雲室”，雲室中高能粒子經過的路徑上會出現一條白色的霧，也就是粒子運動的徑跡。
在雲室內施加磁場後，帶電粒子會發生偏轉，產生彎曲的徑跡。一些科學家注意到，磁場中有一半電子向一個方向偏轉，另一半向相反方向偏轉。然而長期以來，人們一直認為電子只有一種，因此他們未曾想到那些反常的徑跡是反粒子造成的。
在狄拉克預言“反電子”之後，美國物理學家卡爾·安德森懷疑雲室中另一半的電子就是“反電子”，於是他開始做實驗來證明。1932年8月，他收集到了足夠的數據，正式確認“反電子”的存在，並將它們命名為“正電子”。
至此之後，反物質成為了物理學以及科幻小說的一部分。
如何找到宇宙中的反物質？
根據狄拉克方程，反物質會和普通物質遵守一樣的自然規律。在這種情況下，宇宙中的物質與反物質的含量必須相等，所以有可能存在“反物質星球”和“反物質星系”，但是我們如何找到宇宙中的反物質呢？
為了尋找反物質，天文學家將目標放在每時每刻轟擊地球大氣層的宇宙射線上。果不其然，1936年，科學家在宇宙射線中看到了正電子的身影。
2008年，科學家在銀河系中發現了一朵龐大但稀薄的反物質雲。它圍繞在銀河系中心附近，併發出伽馬射線。歐洲航天局的射線衛星觀測表明，這朵雲並不在銀河系的正中間，似乎是尾隨著某顆散發X射線的恆星。這裡的反物質可能不是宇宙誕生時遺留下來的，它們更有可能起源於恆星。這顆恆星周圍有一個黑洞，當恆星周圍的氣體脫離恆星，就會被黑洞“吃掉”，這個高能的過程將產生反物質。
不過，能釋放反物質的不只有恆星。平均而言，每一小時左右，香蕉會吐出一個正電子。這是因為香蕉中含有天然放射性同位素鉀-40。當它衰變時偶爾會釋放出一個正電子，而當正電子遇上第一個電子時，也會湮滅釋放能量，不過所釋放的能量是微不足道的。而事實上，我們的身體裡也有鉀-40，也會發生這一過程。但它們不能完全代表原始反物質，我們需要尋找的是更重的原始反物質粒子，比如反氦核。
可是自然界中沒有足夠的力量來產生一個反氦核，只有宇宙大爆炸才能做到。所以，如果我們發現像反氦核這樣的粒子，那麼接下來可能會找到更多的原始反物質，甚至是擁有很多反物質的宇宙區域。如果檢測到反碳核，那麼意義就更加重大了。碳只能在恆星的“核熔爐”裡形成，反碳核的現身，意味著太空中的某處存在“反物質星球”，這將是天文學一次偉大的突破。
反物質和物質是對稱存在的嗎？
2011年，阿爾法磁譜儀探測器被送到國際空間站，它是專門用來測量宇宙射線中反物質的數量和類型的。至2013年，阿爾法磁譜儀已經看到過40萬個正電子，但沒有發現其他種類的反物質。到目前為止，仍沒有證據表明原始反物質潛伏在太空某處。
所以只剩下一種可能：反物質和物質雖然是對稱的，但“性格”卻不一樣。
幾十年來，粒子物理實驗已經多次看到粒子與反粒子有不同的行為反應。這要從所謂的“弱核力”說起，弱核力是自然界的四大基本力之一，亞原子放射性衰變就是由它引起的。弱核力，加上引力、電磁力，它們共同控制著規模巨大的宇宙。剩下的一種是強核力。強核力的作用範圍很小，大約只有原子核般的大小。
1964年物理學家在研究K介子衰變時，發現K介子能自然衰變成反K介子，反K介子也可以衰變為K介子，但是這兩個過程發生的頻率卻不一樣。因此，一些科學家推測，宇宙在弱核力的作用下，也可能發生類似的情況——由於宇宙大爆炸時存在某些過程，更有利於物質的產生，或者說物質的產生頻率更快。導致反物質的量不足，物質的量過剩，而剩餘的物質組成了今天的宇宙。科學家給出的估計是每形成10億個反物質，可能就會產生十億零一個物質。歐洲核子研究中心的大型強子對撞機中進行的實驗加強了這個猜測，在面對弱核力時，物質和反物質確實有不一樣的反應。
科學家參考了對撞機的數據，估測宇宙早期可以產生多少反物質，可惜答案並不是科學家們所期望看到的。之前給出的估計是每形成10億個反物質的同時就產生十億零一個物質，這意味著宇宙剛誕生時差不多有一半仍舊是反物質。然而，根據實驗結果，宇宙剛誕生時的反物質質量只相當於一個普通的星系。顯然，這和科學家估計的情況有非常大的差異，說明反物質的研究任務還很艱鉅。
宇宙到底有沒有另一半？有的話，它會在哪裡？反物質和物質為什麼會有不同的行為？宇宙誕生之初究竟發生了什麼？這些問題仍尚待解決。可見浩瀚宇宙對於人類來說，依舊深不可測。
關於反物質你不知道的幾件事
研究反物質需要粒子減速器
為了解開反物質之謎，科學家們需要在實驗室中製造反物質，進而才能研究反物質。
目前在實驗室中製造正電子、負質子等反基本粒子已經不難，而將正電子與負質子組成反原子卻十分困難，因為將這兩種粒子結合在一起並且能證實它們結合成反原子的工作十分複雜，而這種工作，只能依靠反質子減速器才能完成。
歐洲粒子物理研究所耗資1000多萬美元專門建造了被稱為反質子減速器的裝置，它是一個環形存儲盒，周長188米。
在諸如大型強子對撞機那樣的環形粒子加速器中，粒子每旋轉一週就會獲得能量。反質子減速器則相反，反質子越轉越慢，減速器可以利用磁場將高能反質子減速成速度約為光速十分之一的反質子。科學家希望利用減速器產生的反質子進行實驗，比如用磁場對反質子進行約束，或將反質子與正電子結合成為反氫原子。
反物質用陷阱儲存
製造出反物質，要如何儲存它，防止它湮滅呢？現在科學家們已經發明瞭存儲它的方法。
帶電的反物質粒子，比如正電子或者反質子，它們全都可以被一種叫做“彭寧陷阱”的裝置存儲起來。
彭寧陷阱猶如一種微型的粒子加速器，在其內部，反物質粒子沿環形管道不停地做旋轉運動，同時磁場和電場將它們囚禁在真空中，使之免於碰到裝置的“牆壁”而湮滅。
但是，彭寧陷阱無法囚禁中性反物質粒子，比如反氫原子，因為反氫原子沒有電荷，無法被電場限制起來，因此彭寧陷阱無法發揮作用。
不過科學家們找到了另外一種陷阱——“約費陷阱”，它可以創造一種沿任意方向磁場都會增大的空間。粒子會被困在約費陷阱中磁場最弱的那一點，就好像珠子只能在碗的底部滾來滾去一樣。
反物質已經有所應用
反物質雖然聽起來很神秘，但實際上，它已經在某些領域得到應用了。
比如，正電子發射斷層顯像術（PET）正是使用正電子產生人體高分辨率的圖像。一些人體中新陳代謝必需的物質，比如葡萄糖、蛋白質、核酸、脂肪酸，可以給它們標記上能夠釋放正電子的放射性同位素（比如香蕉中的鉀-40），注入人體。在人體內的不同組織中，這些放射性元素釋放的正電子和電子湮滅，可以產生用於構造圖像的伽馬射線。一些高代謝的惡性腫瘤組織中，葡萄糖代謝旺盛，因此正電子聚集會較多，這些組織的特點就能夠更詳盡地通過圖像反映出來。
歐洲粒子物理研究所的科學家們正在將反物質視作治療癌症的潛在手段，他們已經進行了多次反質子治療癌細胞實驗。由於物質和反物質粒子碰到一起的時候，就會湮滅，釋放能量。反質子癌細胞治療實驗就可以利用這一性質，使入射的反質子和腫瘤細胞中原子內的一部分質子發生湮滅，而湮滅後釋放出來的能量產生的新粒子可以接著破壞鄰近的腫瘤細胞。由於反質子在殺死目標區域的癌細胞的同時較少影響健康組織，這種粒子束將在治療復發癌症方面具有很高的價值。
反物質可能會往上“掉”
反物質粒子和物質粒子擁有相同的質量和截然相反的電荷自旋屬性。按照標準模型的預言，重力對於物質和反物質的影響應該是相同的，然而，實際情況是否如此還有待觀察。
一些科學家就提出了不同的觀點：反物質可能會抵制引力，換句話說，它們可能會往上“落”。
觀察重力對反物質的影響並不像看到一顆蘋果從樹上落下那般容易。這些實驗需要把反物質控制在陷阱中，還要通過降溫（溫度降至略高於絕對零度）來使反物質的速度慢下來。
由於重力是最微弱的基本力，在實驗中物理學家們必須使用中性的反物質粒子，以防止更強大的電場力的干擾。
所以，要弄清楚一顆“反物質蘋果”會落下來還是“掉”上去，科學家們還有很長的一段路要走。
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