物质与反物质的近乎对称

乍看之下，物质与反物质像是完美的镜像：每个粒子都有一个质量和寿命相等的反粒子，而大多数过程对两者一视同仁。如果你把一个实验里的每个粒子都换成它的反粒子，几乎一切都会以完全相同的方式进行。这种近乎相等是自然界最深刻的规律之一——而“近乎”这个词承担着极重的分量，因为这种对称性失效的那些微小方式，结果竟是整个物理学中最重要的事实之一。

物理学家用两种操作来描述这种比较。电荷共轭（C）把每个粒子换成它的反粒子。宇称（P）对空间作反射，就像在镜子里看世界。组合操作 CP 则把一个粒子换成它的镜像反粒子。在二十世纪的大部分时间里，人们假设自然在 CP 下完全不变——即支配反物质的规律是支配物质规律的完美镜像。强相互作用和电磁相互作用几乎完美地遵守这一点。但弱相互作用不然：有一些罕见的过程，其发生率在物质与反物质之间略有差别，这一现象叫作 CP 破坏。所以这种对称性是真实的，在很高精度上极为出色，却可被证明并不严格成立。

这种近乎而非严格的对称性之所以重要，是因为它也许能解释我们为何存在。如果物质与反物质完全对称，早期宇宙就会等量地产生两者，它们会彻底湮灭，最后除了光什么都不剩。如今居然有任何物质存在，就意味着这种对称性必定在某处被打破了。所以研究物质与反物质对称性究竟在哪里、如何失效，并不是一个深奥的细节——它是在寻找宇宙为何由“有”而非“无”构成的原因。一个诚实的提醒是：迄今在标准模型中发现的微小 CP 破坏远远太弱，不足以说明我们所见的全部物质，所以完整的解释仍然缺失。