物质与反物质的区别在哪里呢？
最新研究表明，有时二者毫无分别。
负责美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机（RHIC）的科学家们发现，反物质质子（即反质子）通过强核力彼此接近时的相互作用与质子之间的相互作用完全一样。
与物质相对，反物质的亚原子粒子（质子与电子）携带的电荷与物质正好相反。在普通的物质中，质子带正电，电子带负电。在反物质中，反质子带负电，反电子（即正电子）带正电。当反物质与物质相接触，它们彼此湮灭，产生以伽马辐射为形式的能量。
绝大多数宇宙起源理论都认为，135亿年前的大爆炸中创造出的物质与反物质在数量上应当是相等的。若事实如此，那么我们所处的世界便不复存在了，整个宇宙会充斥着辐射，因为物质与反物质都湮灭了。然而，科学家们声称，出于某种未知原因，大爆炸后残存的物质比反物质多了一点点，所以在最初的湮灭后，剩下的物质构成了我们现在所处的宇宙中的万物。
“这是个未解之谜，”布鲁克海文国家实验室研究员唐爱洪说道，“如果反质子通过不同的方式相互作用，这就是个需要考虑的因素了。”
2.5英里长的RHIC管道
为了研究这些相互作用，物理学家们用RHIC这样的粒子加速器制造反物质来寻找反物质与物质的运动差异。如果物质和反物质的以不同的方式相互作用，就可以用来解释为什么宇宙中物质占了大多数。
根据CP守恒定律，反物质看起来应该与物质是一样的。一块反铁或者一团反氢气应该与铁和氢气具有相同的表现。CP破坏则意味着事情并非如此。然而RHIC实验表明至少对质子来说，不存在任何CP破坏。唐爱洪说，这证明物质在宇宙中的主导位置并不是由反质子的相互作用特质造成的。
其他找到CP破坏证据的实验都是在一些奇特粒子中找到的，例如K介子和B介子。但是仅凭它们自身还不足以解释宇宙中物质比反物质多的原因。
为了测量反质子的相互作用，科学家们用近光速使金原子核相互撞击。当撞击发生时，产生了大量亚原子粒子，其中就有反质子。
普通的质子因为带有相同电荷会互相排斥。但是一旦它们离得足够近时，相较强核力，排斥力就不那么重要了。强核力使反质子结合在一起，就像使普通质子结合一样。这与人们的预期相吻合。
“我们已经造出了反氦-2，”唐爱洪说。普通的氦，即氦-4，由两个质子和两个中子构成，而氦-2只是两个质子，没有中子。反氦-2和氦-2都是不稳定的，会快速衰变。但是反氦-2持续的足够长，使得研究者们得以看到反质子是如何相互作用的。实验证明，反质子之间的相互作用与质子之间的相互作用是相同的。
反质子间相互作用示意图
因为反质子会在接触到普通物质时湮灭，在瞬息之间，它们往往会撞上产生出反质子的容器壁，变成伽马辐射。
这一实验证明了CP守恒的延续——包含时间在内的CPT守恒。CPT守恒认为，如果把电荷替换为其相反的值，将粒子变为其镜像，时间反演，物理定律还是一样——换言之，将出现一个和我们的宇宙一样的“镜像宇宙”。
在有些例子中，这一守恒会遭到破坏，但是唐爱洪指出，反物质——或者至少人们研究的反物质粒子——不在其中。“我们的实验证明了物理学家们的假设，”唐爱洪说道，“我们从另一角度验证了CPT守恒。”
文章来源：LiveScience
文章作者：Jesse Emspak
编译：未来论坛（futureforum）商白
发表于 2017-4-29 11:37
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