宇宙的重子不对称

这里有一个科学上最大的未解之谜，就明摆在眼前：为什么会有任何东西存在？宇宙是由物质构成的——恒星、行星、你——周围几乎没有反物质。但我们最好的物理学说，炽热的早期宇宙本应等量地产生物质和反物质，而等量的两者会彻底相互湮灭，只剩下一个除了光什么都没有的宇宙。物质居然存活了下来，这意味着曾存在一种微小而神秘的不平衡。这份剩余的、物质多于反物质的过剩，就叫作宇宙的重子不对称。

重子是由三个夸克构成的重粒子，质子和中子是大家熟悉的例子；“重子不对称”指的是这些物质粒子相对其反物质对应物的过剩。我们其实能测量这种偏斜有多大。通过研究宇宙微波背景以及大爆炸刚结束时生成的轻元素丰度，宇宙学家推断：在早期宇宙中，大约每十亿个反物质粒子，就对应约十亿零一个物质粒子。那十亿对相互湮灭，化为我们至今仍以宇宙微波背景形式看到的光子之海，而那十亿分之一的微小盈余，就是今天宇宙中一切物质性的东西，也包括我们自己。

解释那十亿分之一的不平衡，是物理学的一个核心未解难题。在标准宇宙学中，它不可能从一开始就存在——暴胀会把任何初始过剩稀释殆尽——所以它必定是由早期宇宙中的物理过程动态产生的，这种情景叫作重子生成。我们知道任何这样的过程必须满足的大致条件（萨哈罗夫条件），也知道标准模型含有一些 CP 破坏，这是一味关键原料。一个诚实而重要的提醒是：我们测得的 CP 破坏远远太弱，标准模型的其他原料也太无力，不足以产生观测到的不对称——所以“为何有任何东西存在”这一问题，至今确实未获解释，并且是“存在标准模型之外的物理”最有力的暗示之一。