物理學家發現新粒子「粲介子」可在物質和反物質之間自動切換

牛津大學物理學家通過分析大型強子對撞機的數據發現，亞原子粒子可以在物質和反物質之間轉換。事實證明，兩種粒子之間難以理解的微小重量差異可能在宇宙誕生後不久就拯救了它從而使其免於湮滅。

反物質有點像正常物質的「孿生惡魔」，但它們驚人地相似–事實上，唯一真正的區別是反物質帶有相反的電荷。這意味著如果一個物質和反物質粒子接觸，它們會在能量爆發中相互湮滅。

更複雜的是，有些粒子如光子實際上是它們自己的反粒子。還有一些甚至被認為是兩種狀態同時存在的奇怪混合物，這要歸功於疊加的量子特性。這意味著這些粒子實際上在物質和反物質之間擺動。

現在，一種新的粒子加入了這個專屬俱樂部–粲介子(charm meson)。這種亞原子粒子通常由一個粲誇克和一個上反誇克組成，而它的反物質等效物則由一個粲反誇克和一個上誇克組成。通常這兩種狀態是分開的，但新研究表明粲介子可以在這兩種狀態之間自動切換。

最終的秘密是這兩種狀態的質量略有不同。在極端情況下，「輕微的」差別為0.00000000000000000000000000000000000001克。

這個令人難以置信的精確測量是從牛津大學的物理學家們在大型強子對撞機第二次運行時收集的數據中得出的。粲介子是在大型強子對撞機的質子-質子碰撞中產生，通常它們只傳播幾毫米就會衰變為其他粒子。

通過比較傾向於走得更遠的粲介子和衰變得更快的粲介子，研究小組確定了質量的差異是決定粲介子是否會變成反粲介子的主要因素。

這個絕對微小的發現可能對宇宙有巨大的影響。根據粒子物理學的標準模型，大爆炸產生了等量的物質和反物質，隨著時間的推移，所有物質都會碰撞和湮滅，留下宇宙一片空白。很明顯，這並沒有發生，而物質以某種方式占據了主導地位，但什麼導致了這種不平衡呢？

這項新發現提出的一個假設是，像粲介子這樣的粒子從反物質到物質的轉換頻率要高於它們從物質到反物質的轉換頻率。調查這是否屬實–如果屬實，原因何在–可能是解開科學界最大謎團之一的一條重要線索。