薩哈羅夫條件

如果早期宇宙一開始在物質與反物質之間完全平衡，那要怎樣才能演變成我們所處的這個偏斜、由物質主導的宇宙？1967 年蘇聯物理學家安德烈·薩哈羅夫（Andrei Sakharov）用一個優美而簡單的配方回答了這個問題：任何過程要想從對稱的起點產生出物質過剩，都必須滿足三個條件。它們就像烤一個蛋糕的最低限度原料——少了任何一樣，你都烤不出那種不平衡。

這三個條件如下。第一，重子數不能被完美守恆——必須存在某種能改變物質粒子淨數目的過程，否則總數永遠無法偏離零。第二，C 對稱性和組合的 CP 對稱性都必須被破壞——若沒有 CP 破壞，每一個製造物質的過程都會被一個等量的製造反物質的過程精確抵消，帳目就會一直持平。第三，宇宙必須經歷一段偏離熱平衡的時期——在完美的平衡中，任何積累過剩的反應都會等量地反向進行而把它抹掉，所以只有當條件變化得足夠快時（比如在宇宙膨脹或一次相變期間），這種不平衡才能存活。三者合在一起，才能讓一個對稱的宇宙漂移到由物質主導的宇宙。

薩哈羅夫條件是任何「物質為何存在」理論的總清單。它們準確地告訴我們新物理必須提供什麼。值得注意的是，標準模型原則上含有全部三樣原料——重子數能透過一種微妙的量子效應改變，CP 透過 CKM 相位被破壞，早期宇宙也在膨脹——但在數量上每一樣都遠遠不夠。正是這個差距，促使物理學家去追求輕子生成以及新的 CP 破壞來源等設想。一個誠實的提醒是：滿足這些條件是必要的，卻不是充分的：滿足它們本身並不保證產生正確大小的不對稱，而真正的難處恰恰在此。