对于物理学家来说，最大的谜团就是为什么在当前的宇宙中似乎有比反物质更多的物质。
粒子物理学的一项重大发现使我们想起了可靠的初步结果的重要性，并为更令人兴奋的发现铺平了道路。
核物理学家克莱德·科万和弗雷德里克·雷纳斯认为中微子“是人类有史以来最小的物质现实”那是在一篇于1956年《自然》评论，出版了几个月后，他们在发表的一篇论文报告中微子实验发现。这些亚原子粒子缺乏电荷，极难检测，因为它们与其他形式的物质几乎没有相互作用。他们俩想知道中微子和它们的对应物抗中微子之间的关系。事后看来，这是一个相当重要的问题。
在本周的《自然》杂志上，研究人员（紧随Cowan和Reines的足迹）表明中微子与反中微子之间的差异可能有助于解释宇宙最大的谜团之一。
大约138亿年前，在“大爆炸”之时，宇宙早期的每一个物质粒子都应该与对应的反物质一起被创造出来。反物质与物质完全相同，但具有相反的物理性质，例如电荷。至少这是当前理论所提出的。对于物理学家来说，最大的谜团就是为什么在当前的宇宙中似乎有比反物质更多的物质。但是，这也是一样—如果两者的数量相等，则每个粒子将在能量的燃烧中相互抵消，从而使宇宙中仅充满光子和暗物质。
在科恩（Cowan）和雷内斯（Reines）发现中微子后的十年，俄国物理学家和人权运动家安德烈·萨哈罗夫（Andrei Sakharov）提出了一种机制，该机制可能会破坏物质与反物质之间的平衡或对称性。萨哈罗夫提出的原因之一是它们的对称性不是完美的，并且每个都表现出稍微不同的特性。这种差异可能导致大爆炸后不久发生的冷却过程中出现了多余的物质。
但是萨哈罗夫是对的吗？由数百名物理学家的国际合作开展的一项名为Tokai to Kamioka的粒子物理学实验，或T2K，现在提供了他可能曾经做过的线索。
在T2K实验中，中微子在日本东海岸东海的日本质子加速器研究中心（J-PARC）产生。从那里，它们被发射到地下，并向西海岸的一个称为Super-Kamiokande的中微子观测台行驶295公里。天文台的核心是一个巨大的水箱，里面装有成千上万个检测器，它们准备捕获中微子与水相互作用时发出的光。由于中微子发生相互作用的机会非常小，因此这类实验需要花费数年的时间才能收集足够的数据，以便科学家得出有意义的结论。T2K用了十年的时间才从J-PARC发生的大约1020次潜在的中微子碰撞中检测到90个中微子和15个反中微子。
利用这些数据，T2K合作团队测量了中微子在其旅行过程中被物理学家称为“风格”的不同物理特性之间振荡的可能性。然后，研究小组对抗中微子进行了相同的实验，并比较了数字。如果物质和反物质是完全对称的，则概率应相同。
结果表明，事实并非如此。T2K检测到中微子在其300公里行驶过程中改变风格的可能性更高，而抗中微子的概率则相应地低于其表现相同的预期。
可信但要验证
如果可以证实这一发现，就可以证明萨哈罗夫（Sakharov）从1967年开始的解释是物质和反物质具有不同的性质4。但是有一个警告：当前的发现不能满足粒子物理学家通常要求考虑的结果所要求的置信度（即5σ（5σ））。当前的T2K结果处于统计意义的3σ水平-如果要完全排除物质-反物质对称性，则下降到2σ。
即便如此，重要的是要发布进展的基础工作。粒子物理学中的实验可能需要数十年的时间才能计划和构建，因此尚未达到5σ重要性的结果在告知社区有关未来投资的决定方面起着至关重要的作用。
研究人员本可以等待更长的时间。但是，即使有，T2K实验也不太可能提供穿越5σ终点线所需的其他数据。为了达到5σ，物理学家将需要下一代中微子探测器的结果。幸运的是，将有3种此类探测器投入使用：位于超级神冈附近的Hyper-Kamiokande，预计于2027年开始使用；美国的DUNE将于2025年开始；以及JUNO在中国的目标是在2022年成为三者中的第一个。
时间将证明这些初步观察是否成立。但是，在对高能物理的巨额投资受到越来越多的审查时，这一结果增强了继续寻找某些宇宙最深奥秘的答案的重要性。
Nature 580, 305 (2020)
doi: 10.1038/d41586-020-01022-3