宇宙由物质和反物质之间的巨大不平衡组成，反物质和物质实际上是一样的，但是有相反的电荷，在可观测的宇宙中几乎没有反物质，包括恒星和其他星系。理论上，应该有大量的反物质，但可观测的宇宙主要是物质。挪威科技大学物理系的Jens Oluf Andersen教授说：我们在这里是因为宇宙中物质比反物质多，物质和反物质之间的这种巨大的不平衡是所有有形物质，包括生命形式，都存在，但是科学家不知道为什么。物理学使用标准模型来解释和理解世界是如何联系在一起。标准模型是一种描述科学家所熟悉所有粒子的理论。它解释了夸克、电子、希格斯玻色子粒子以及它们如何相互作用。但是标准模型不能解释世界几乎完全由物质组成这一事实，所以一定有什么我们还不明白。
博科园-科学科普：当反物质和物质相遇时，它们会湮灭，结果是光而不是别的。给定等量的物质和反物质，一旦反应完成，什么也不会留下。只要我们不知道为什么会有更多的物质存在，我们就无法知道为什么会有其他物质的组成部分存在，这是物理学中尚未解决的最大问题之一。研究人员称之为“重子不对称”问题。重子是亚原子粒子，包括质子和中子。所有重子都有一个对应的反重子，这是非常罕见。物理学的标准模型解释了自然力量的几个方面。它解释了原子如何变成分子，它解释了构成原子的粒子。物理学标准模型包括我们所知道的所有粒子，最新的粒子希格斯玻色子是2012年在欧洲核子研究中心发现。有了这一发现，一件重要的事情就顺理成章了。但不是最后一个，标准模型完美地解释了宇宙的大部分，所以当某些东西不合适时，研究人员就会产生兴趣。
图片：CC0 Public Domain
重子不对称性属于这一类。物理学家确实有他们的理论来解释为什么会有更多的物质，以及为什么我们不可否认地存在。有一种理论认为，自宇宙大爆炸以来，情况一直是这样的，换句话说，物质和反物质的不平衡是一个基本的前提条件，或多或少从一开始就存在。夸克是自然界最小的组成部分之一，早期相对于反夸克的过剩夸克随着更大单位的形成而扩散吗，我们仍然不满意这个想法，因为它没有告诉我们太多。那么，为什么这种不平衡从一开始就存在呢？为什么夸克最初比反夸克多？理论上，在标准物理模型中是有可能产生不对称性，也就是物质和反物质的量之间的差异，但我们遇到了两个问题。首先，科学家必须回到过去，回到大爆炸刚刚开始的时候——我们说的是10皮秒，或者大爆炸之后的10^-11秒。第二个问题是温度必须在1万亿开尔文左右，或者说10^15摄氏度。
考虑到太阳表面只有5700度，这是焦灼的温度。无论如何，它都不足以解释重子物质。在标准模型中，没有足够的物质。问题是希格斯场期望值的跳跃太小了，这对那些对物理学知之甚少的人来说是有益的。可能不只是我们的想象力在施加限制，还有很多可能性。因此，这些可能性需要与标准模型一起工作。我们真正想要的是标准模型扩展，适合它的东西。物理学家都不怀疑标准模型的正确性，该模型在欧洲核子研究中心和其他粒子加速器中进行了连续测试，只是这个模型还不完整。研究人员研究该模型适应物质和反物质不平衡的各种可能性，最近的研究结果发表在《物理评论快报》上。实际上讨论的是相变，团队正在考虑物质变化的过程，比如水在不断变化的条件下变成蒸汽或冰。
还在考虑是否物质是由电弱相变(EWPT)产生，并在大爆炸之后形成了多余的重子。电弱相变是通过气泡的形成而发生。新的相位膨胀，有点像水泡，并接管整个宇宙。安德森和同事们测试了所谓的“两个希格斯双粒子”模型(2HDM)，这是标准模型最简单的扩展之一。他们寻找合适条件产生物质的可能领域。重子不对称是如何产生的有几种可能的解释。利用2HDM模型研究了电弱相变，这种相变发生在宇宙的早期。这个过程相当于沸水。当水达到100摄氏度时，气泡形成并上升。这些气泡含有气态的水蒸气。水是一种液体。当它在宇宙膨胀和冷却的过程中从气相变到液相时，与反夸克相比会产生多余的夸克，从而产生重子不对称性。最后但并非最不重要的是，研究人员也在做数学。
为了使模型同步工作，参数或数值必须匹配，这样两个模型才能同时正确，研究工作就是找到这些参数。在最近发表在《物理评论快报》上的一篇文章中，安徒生和他的同事们缩小了物质可以被创造的数学领域，同时与这两个模型相对应，现在缩小了可能性。例如，为了使新模型(2HDM)与我们从欧洲核子研究中心(CERN)得到的信息相匹配，模型中的参数不可能是任何东西。另一方面，要产生足够的重子不对称性，参数也必须在一定范围内。这就是为什么要缩小参数范围。但这还有很长的路要走，无论如何，研究人员已经在理解我们和其他生物为什么在这里的道路上取得了一些进展。
博科园-科学科普｜研究/来自:挪威科技大学
参考期刊文献:《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.191802
博科园-传递宇宙科学之美
