在宇宙早期，大爆炸后不久，“物质”和“反物质”的数量大致相等。然而，由于至今未知的原因，“物质”主导了当今的宇宙。T2K 研究人员最近发现，中微子中可能存在电荷宇称不守恒现象，并伴有相应的反中微子振荡。这有助于我们理解物质为何主导宇宙。
大爆炸（大约发生在 13.8 亿年前）和其他相关的物理理论表明，早期宇宙以辐射“为主”，“物质”和“反物质”的数量相等。
但我们今天所知的宇宙是“物质”主导的。为什么？这是宇宙中最引人入胜的谜团之一。(1)
我们今天所知的宇宙起源于等量的“物质”和“反物质”。根据自然法则，物质和反物质成对产生，然后不断湮灭，产生被称为“宇宙背景辐射”的辐射。在大爆炸后大约100微秒内，物质（粒子）的数量开始超过反粒子，大约每十亿分之一的反物质数量就超过一个。几秒钟之内，所有反物质都被湮灭，只剩下物质。
在物质和反物质之间产生这种差异或不对称的过程或机制是什么？
1967年，俄罗斯理论物理学家安德烈·萨哈罗夫提出了宇宙中出现不平衡（或物质和反物质以不同速率产生）的三个必要条件。第一个萨哈罗夫条件是重子数（在相互作用中守恒的量子数）的破坏。这意味着质子衰变为更轻的亚原子粒子（例如中性π介子和正电子）的速度极其缓慢。类似地，反质子衰变为π介子和电子。第二个条件是电荷共轭对称性C和电荷共轭宇称对称性CP（也称为电荷宇称破坏）的破坏。第三个条件是产生重子不对称的过程必须处于非热平衡状态，因为快速膨胀会降低粒子对湮灭的发生率。
这是萨哈罗夫的 CP 违反的第二个标准，这是粒子与其反粒子之间的一种不对称性的一个例子，描述了它们的衰变方式。 通过比较粒子和反粒子的行为方式，即它们移动、相互作用和衰变的方式，科学家们可以找到这种不对称性的证据。 CP 违反提供了证据，证明某些未知的物理过程是造成物质和反物质差异产生的原因。
电磁相互作用和“强相互作用”已知在C对称性和P对称性下对称，因此它们在乘积CP(3)下也对称。然而，BA Robson教授指出，“弱相互作用并非如此，它同时违反了C对称性和P对称性。”他进一步表示，“弱相互作用中CP对称性的破坏意味着此类物理过程可能导致重子数的间接破坏，从而使物质的产生优先于反物质的产生。”非夸克粒子不表现出任何CP对称性破坏，而夸克的CP对称性破坏非常小，不足以对物质和反物质的产生产生产生影响。因此，轻子（中微子）的CP对称性破坏就显得尤为重要，如果得到证实，就能解释为什么宇宙以物质为主。
尽管CP对称性破缺尚未被最终证实(1)，但T2K团队近期公布的研究结果表明，科学家们已非常接近这一目标。通过在T2K（东海至神冈）进行的高精度实验(2)，首次证明粒子到电子和中微子的转变比反粒子到电子和反中微子的转变更易发生。T2K指的是位于日本东海的日本质子加速器研究中心（J-PARC）和位于神冈的超级神冈地下中微子天文台，两地相距约300公里。东海的质子加速器通过高能碰撞产生粒子和反粒子，而神冈的探测器则通过极其精确的测量观测中微子及其反物质对应物——反中微子。
在对T2K实验站数年的数据进行分析后，科学家们测量了控制中微子振荡中CP对称性破缺的参数δ-CP，并发现中微子发生率存在不匹配或增强的趋势，这最终可能证实中微子和反中微子振荡中存在CP破坏。T2K团队的研究结果具有显著的统计意义，置信度为3σ或99.7%。这是一项里程碑式的成就，因为证实中微子CP破坏与宇宙中物质的主导地位密切相关。未来将利用更大的数据库进行进一步实验，以检验这种轻子CP对称性破缺是否大于夸克CP对称性破缺。如果答案是肯定的，那么我们将最终找到宇宙为何以物质为主的答案。
虽然 T2K 实验并没有明确证明 CP 对称性破坏已经发生，但它是一个里程碑，因为它确凿地表明了增强电子中子率的强烈倾向，使我们更接近于证明 CP 对称性破坏的发生，并最终回答“为什么宇宙是物质主导的”。
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参考文献：
1. 东京大学，2020 年。“T2K 结果限制了中微子 CP 相位的可能值 -…”。新闻稿，2020 年 4 月 16 日发布。可在线访问：http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/，访问日期：2020 年 4 月 17 日。
2. T2K合作组，2020。中微子振荡中物质-反物质对称性破坏相的约束。《自然》第580卷，第339-344页（2020）。发表日期：2020年4月15日。DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. 物质-反物质不对称问题。《高能物理、引力与宇宙学杂志》，4，166-178。https ://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
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