當(dāng)一個(gè)熾熱、致密的奇點(diǎn)發(fā)生爆炸時(shí)，宇宙中的第一批粒子就形成了。物理學(xué)家認(rèn)為，在大爆炸那種極端條件下，光轉(zhuǎn)化成了物質(zhì)，即后來(lái)構(gòu)成你我以及世間萬(wàn)物的電子、質(zhì)子和中子。

但是，物理學(xué)家并不知道那種轉(zhuǎn)化是如何發(fā)生的。在上世紀(jì)90年代，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，他們可以通過(guò)讓兩束高能光束發(fā)生碰撞，把光轉(zhuǎn)化為物質(zhì)。

他們還發(fā)現(xiàn)，光會(huì)同時(shí)產(chǎn)生數(shù)量相同的反物質(zhì)。宇宙中的首批物質(zhì)粒子跟它們的“鏡像”反物質(zhì)粒子理應(yīng)在一場(chǎng)毀天滅地的爆炸中湮滅，物質(zhì)本不應(yīng)該存在。

然而，顯而易見(jiàn)的是，物質(zhì)是存在的。出于某種原因，宇宙大爆炸之后形成的物質(zhì)數(shù)量超過(guò)了反物質(zhì)，而物理學(xué)家不知道為什么?！斑@是宇宙中最大的謎團(tuán)之一?！泵绹?guó)能源部下屬費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室（Fermilab）的物理學(xué)家多恩·林肯（Don Lincoln）如是說(shuō)。

過(guò)去50年里，物理學(xué)家一直在實(shí)驗(yàn)室和方程式中尋找著答案。這里有一個(gè)候選對(duì)象：一些人預(yù)測(cè)，有一種放射性過(guò)程能夠把原子內(nèi)的兩個(gè)中子變成兩個(gè)質(zhì)子。該過(guò)程名為“無(wú)中微子雙β衰變”，理論物理學(xué)家認(rèn)為，它可以產(chǎn)生兩個(gè)電子，但不會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的反物質(zhì)。兩個(gè)新的物質(zhì)粒子就這么出現(xiàn)在宇宙當(dāng)中，探測(cè)器應(yīng)該能夠測(cè)量它們。如果宇宙大爆炸后這個(gè)過(guò)程發(fā)生的次數(shù)足夠多，我們就能解釋那些額外的物質(zhì)從何而來(lái)。

這里需要注意的是：人類尚未觀測(cè)到兩個(gè)中子變成兩個(gè)質(zhì)子。先期試驗(yàn)和理論計(jì)算表明，這個(gè)過(guò)程更有可能發(fā)生在特定的原子當(dāng)中，比如鍺原子和氙原子。當(dāng)鍺原子中的兩個(gè)中子變成質(zhì)子時(shí)，該原子就會(huì)變成新的元素硒。

在《自然》雜志（Nature）近期發(fā)表的一篇論文中，研究人員利用超靈敏探測(cè)器的測(cè)量結(jié)果計(jì)算得出，如果是通過(guò)這個(gè)過(guò)程，一塊鍺晶體將需要超過(guò)10的25次方年才能讓自己的一半衰變成硒。這個(gè)時(shí)間是宇宙本身年齡的10的15次方倍。

“這的確是一種非常罕見(jiàn)的事件?！辨N探測(cè)器陣列（GERDA）研究團(tuán)隊(duì)的物理學(xué)家彼得·格拉貝梅（Peter Grabmayr）如是說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)正是上述論文的作者。

放置鍺晶體的銅質(zhì)底座。

格拉貝梅并沒(méi)有對(duì)這樣小的機(jī)率感到沮喪，他說(shuō)，我們不需要等到半塊鍺晶體衰變成硒后才能確認(rèn)這個(gè)過(guò)程的確會(huì)發(fā)生。我們只需要檢測(cè)到一些原子發(fā)生衰變就夠了。

只要80磅的結(jié)晶體中有任何一個(gè)鍺原子衰變成了硒，研究人員就能檢測(cè)到兩個(gè)電子出現(xiàn)時(shí)所發(fā)出的能量，它們會(huì)以光的形式被儀器探測(cè)到。為了避免其他輻射源（比如宇宙射線）干擾探測(cè)器，研究人員把鍺晶體放在一個(gè)裝著液態(tài)氬的大桶當(dāng)中，而桶則被置于意大利中部某座山的一英里地下。

林肯表示，物理學(xué)家仍然有可能永遠(yuǎn)無(wú)法檢測(cè)到該過(guò)程?！暗@只是一種觀點(diǎn)?！彼f(shuō)，“我不會(huì)支持它，如果這樣的實(shí)驗(yàn)證明我的直覺(jué)錯(cuò)了，我不會(huì)感到震驚。”

與此同時(shí)，物理學(xué)家正在研究能夠解釋為什么宇宙是由物質(zhì)組成的其他潛在過(guò)程。特別是，他們希望發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)跟物質(zhì)的所有不同之處，因?yàn)槿魏尾町惗伎赡芙沂緸槭裁磧烧咴谠缙谟钪嬷械拿\(yùn)出現(xiàn)偏離。

去年12月，歐洲核子研究中心（CERN）的“阿爾法實(shí)驗(yàn)”對(duì)反氫（即對(duì)應(yīng)氫的反物質(zhì)）的性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)量，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它跟氫有任何意料之外的差異。今年1月，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)底夸克實(shí)驗(yàn)（LHCb）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一種名為lambda-b重子的粒子發(fā)生衰變時(shí)，其衰變產(chǎn)物的角分布跟對(duì)應(yīng)反物質(zhì)的衰變產(chǎn)物存在細(xì)微差異。

在接下來(lái)的10年里，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃在從伊利諾伊州到南達(dá)科他州的地下建設(shè)名為“深度地下中微子實(shí)驗(yàn)”（DUNE）的粒子加速器，其長(zhǎng)度為800英里。林肯表示，該實(shí)驗(yàn)的目的是長(zhǎng)距離地發(fā)射中微子以及反中微子。如果中微子跟反中微子的表現(xiàn)有所不同，那可能讓我們找到宇宙中物質(zhì)數(shù)量超過(guò)反物質(zhì)的另一種解釋。

格拉貝梅稱，即使實(shí)驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何差異，他們的搜尋也是有用的。這些工作的全部意義就在于搞清楚支配宇宙的法則，如果格拉貝梅支持的那種特定過(guò)程不存在，他們?nèi)匀豢梢岳眠@個(gè)“不存在”來(lái)排除很多理論。

在未來(lái)一兩年，格拉貝梅的研究團(tuán)隊(duì)打算繼續(xù)觀測(cè)鍺的放射性衰變。最終，他們希望在探測(cè)器中使用一噸的鍺。更多的鍺意味著發(fā)生放射性衰變的可能性越大?！拔覀儠?huì)在某個(gè)階段檢測(cè)到它?！备窭惷氛f(shuō)道。但現(xiàn)在，他們拭目以待。

翻譯：何無(wú)魚