科学家谈反物质（为何反物质不常见）

我们如何确定宇宙中物质和反物质的数量不是相等的呢？

1.月球：尼尔•阿姆斯特朗没有湮灭，由此可见月球是由物质组成的。

2.太阳：太阳宇宙线是物质，而不是反物质。

3.其他星球：几乎每一个星球都有我们的探测器。它们没有湮灭证明太阳系是由物质组成的。

4.银河系：通过对整个银河系宇宙线进行采样，我们发现质子与反质子的比是10^4比1。

5.整个宇宙：这个层面比较难以验证。如果存在反物质宇宙，那么我们应该能看见湮灭产生的伽马射线爆。既然这个现象没有被观测到，至少能证明临近的处女星系主要成分是正物质。至于更大的尺度，我们就很难去论证了。

不过还存在一个问题，“湮灭灾难”可能导致整个物质—反物质对称宇宙的毁灭。从因果关系上来说，一定有某种原因阻止了大量反物质与物质的分离，其速度之快足以防止它们在早期宇宙中互相湮灭。因此宇宙更可能是由物质组成的。

它是怎么得到的呢？

如今，湮灭导致的不对称比早期宇宙严重很多。在最初一微妙的极高温的宇宙中存在大量高温的夸克—反夸克对。柯尔布和特纳估计，在这个时期每30000001个夸克对应30000000个反夸克，于是便形成了一种极微小的不对称。随之时间流逝，大多数反物质都与物质发生了湮灭，而最初极小数多出的正物质主宰了如今的宇宙。

几种正物质主宰宇宙的可能原因：

1.宇宙就是以这种方式起源。但这种理论不仅缺乏证据，而且在目前流行的“宇宙膨胀”理论下行不通，而“宇宙膨胀”理论“稀释”了宇宙原始的富集度。

2.重子产生过程发生在大一统（GUT）尺度（极早时期）。长期以来，这种理论都被视作唯一可行的理论，GUT下通常存在重子衰变的过程，比如质子的衰变（但尚未被观测到）

3.重子的产生过程发生于弱电相变中。这也是希格斯首次捕捉到真空期望值（EVE）的地方，同时大量其他粒子也被捕获到。

1967年萨哈罗夫列出了3种重子生成的必要条件

1.存在破坏重子数守恒的相互作用。假设重子守恒（B）在所有情况下保持不变，那么现有的重子不对称现象就能反应出原初的不对称情况，这就回到了我们提到过的情况中。

2.存在破坏电荷共轭变换（C）不变性和电荷共轭－空间反演联合变换（CP）不变性的相互作用。即便重子数守恒被破坏，如果物质和反物质完全对称，则重子数守恒会在两边对等发生，仅仅剩下统计学意义上的多余量，也许其质量只相当于可观测宇宙中的一颗恒星

3.偏离热平衡。CPT定理保证了重子和反重子的均衡，化学反应会纠正如何细微的不平衡

结果表明，标准模型完全满足3个条件。

1.尽管这个标准模型满足重子数守恒（拉格朗日函数中不存在违背该守恒的项），量子效应允许宇宙在具有不同B值得真空之间形成隧道。在能量/温度低于10TeV（sphaleron质量）时，这种隧穿现象受到了极大的抑制，也许在未来建成得超级对撞机中有可能得到实现（不过还存在争议），但只要温度温度比这更高就下一定会发生。

2.电荷共轭变换不变性的破坏（正反粒子交换不对称）很常见。电荷共轭—空间反演联合变换的破坏（正反粒子交换、左和右交换联合的不对称），这一点已经在实验室的K介子衰变中发现，虽然严格说来，标准模型可能没有足够的CP不对称来引发已观测到的重子不对称性

3.热平衡发生在早期宇宙冷却时的一级相变中，比如弱电相变（大致对应T=100GeV）。当“真空”（具有非零希格斯真空期望值）的bubbles渗透并增长时，重子便产生于bubble墙或其附近。

然而存在一个重要的理论问题，实际可能在标准模型中存在过多的重子不对称，因此在弱电相变结束（并且前文提到的3种条件不再满足）过后，任何先前产生的重子不对称性都将被稀释。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. ucr-瓶子

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