標準模型中的反物質

反物質聽起來像科幻，但在標準模型裡它再尋常不過：每一個物質粒子都有一個孿生體，質量相同而電荷相反。電子有正電子；每個夸克都有一個反夸克。把一個粒子和它的反粒子湊到一起，它們就會湮滅，在一道純能量的閃光中消失（通常變成光子）。與其說它是一種奇異的附加物，不如說它是被烙進理論方程本身的一個內在鏡像。

它之所以是內在的，原因很美：當你把量子力學與狹義相對論結合起來，數學本質上就迫使反粒子必須存在——狄拉克在 1928 年注意到了這一點，並在任何人看到正電子之前就預言了它。所以粒子表其實有一份隱藏的第二副本：幾乎每一項都對應一個電荷相反的反粒子（少數中性粒子，如光子，是它們自己的反粒子）。反物質在加速器裡、甚至在某些醫院的掃描中被例行地製造出來，它遵循與物質相同的標準模型規則，幾乎完美地對稱。

那個「幾乎」是物理學最深的謎題之一。如果物質與反物質完全對稱，早期宇宙本應造出等量的兩者、彼此抹消，只留下光——可我們卻在這裡，由物質構成。標準模型確實包含一個內建的、物質與反物質之間的微小差異（稱為 CP 破壞），但它遠遠太小，無法解釋這種不平衡。因此，宇宙究竟為何由物質構成，被列入標準模型尚無法解釋的事項之中。