反物质是如何消失的

和谐才是傻瓜们的德行。

——奥斯卡·王尔德

物理学家坚信宇宙中被识别的物质几乎完全由粒子组成，而不是反粒子：也就是说，除了在物理学家制造反物质的实验室之外，反物质几乎不存在。但我们也知道情况并非一开始就如此：在遥远的过去，宇宙中包含着几乎同样多的物质和反物质。于是就出现了这个问题：粒子和反粒子有着对称的特性而且它们受到了完全相同的作用力，那为什么我们的世界更多是由粒子而不是反粒子构成呢？

我们知道各星系是空间中物质组成的岛屿。其中会不会有完全由反物质组成的星系呢？人们曾提出这一假设，但对星系的观察表明这一假设并不成立，因为物质星系和反物质星系之间的碰撞如果存在，那么因湮灭而产生的高能量高密度射线，会分散在天空的所有方向。然而科学家从未观察到这种射线。另外，没人能想象出这是一个怎样的过程，它能够完全分离物质和反物质，然后两者能够分别组成大型的同质结构。于是我们只能接受在我们的宇宙中存在着如此彻底的不对称：物质主宰着宇宙，反物质则被消除了。

宇宙学的标准模型预言原初宇宙应该包含等量的物质与反物质，两者平衡，在光子气体中不停地湮灭并相互产生。宇宙的膨胀逐渐在这一中心冷却回缩，并且在有限的体积内减弱了它可用的能量。首先消失的是那些需要更多能量来物质化而成的、拥有很大质量的粒子，它们通过衰变而产生了其他质量更轻的粒子。最轻的粒子得以生存，因为宇宙膨胀使得它们彼此间的距离逐渐变得更远。粒子的密度相应降低，使得物质与反物质之间的湮灭越来越少。但这一切还不足以造成物质和反物质数量的失衡。那么我们就需要假想，在遥远过去的宇宙里有这样一个机制，使得反物质消失而让物质占据了宇宙。

首先（1967年）提出了物质比反物质稍微多出一点这个设想的是后来的诺贝尔和平奖获得者安德烈·萨哈罗夫，同时他也指出了这种不对称的出现所必须具备的三个条件，其中包括有些粒子的表现并不是在任何情况下都与它们的反粒子完全相同：这就是我们所说的“CP破坏”，我们已经在某些粒子身上观察到这一现象，例如中性的K介子或B介子。萨哈罗夫解释说如果能充分满足自己提出的三个条件，那么在宇宙初期产生的质子和中子（这些质子和中子构成了我们现在的物质）的数量是比反质子和反中子的数量略高的。反物质被物质抵消后，所有的反物质及大部分物质应该就消失了，但是多出的那很少的一部分物质（大约为十亿分之一）幸存了下来：它们形成了今天我们观察到的物质以及我们所创造的物质。于是目前宇宙的物质也许正是一场巨大杀戮过后寥寥无几的幸存者。

此后就是不停地证实又推翻这一推测。很长时间里，物理学家都在思考夸克和反夸克之间的运动差别能否足以解释物质最终胜出的原因。但现在仍没有任何答案线索提出，物理学家们开始将希望寄托在中微子上。这条新线索可能会为物理学家们带来答案，但他们的实验仍然没有得出结果。不过还是有件事情得以证实：如果中微子被证实是“马约拉纳的”而非“狄拉克的”，那么问题的很大一部分就得到了解决。