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科学超级神冈探测器捕捉到了什么？小小中微子是否能解释整个宇宙？


简介：物质与反物质 ， 或许正是因为不对称 ， 才导致现在物质主宰世界 。 那寻找这种不对称性的方法有哪些 ， 能怎么做呢？日本一个山洞里的巨大水池 ， 或许可以提供一些启发 。
研究人员可能发现了存在于物理学某处的一种不对称性 。
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超级神冈探测器（Super Kamiokande）内的一艘划艇上 ， 两名研究人员正在探测中微子撞击水分子的过程 。 （图片来源：T2K Collaboration）
在日本的一座山下面的山洞里 ， 有个巨大的水池 ， 它已经静止了很多年 ， 通常情况下什么都不会发生 。
不过 ， 每隔一段时间 ， 水箱的边缘就会有一个光环闪烁——这是一个电子或类似的、但更重的粒子（称为μ子）通过水中的信号 。 中微子是一种微小的、幽灵般的粒子 ， 在一种罕见的相互作用下 ， 它撞向水箱中的水分子 ， 电子和μ子是它们撞击后的残余物 。
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超级神冈是世界上最大的中微子探测器 ， 位于1000米（3300英尺）深的地下 ， 位于日本静田神冈地区的莫祖米锌矿 。 （图片来源：messynessychic）
多年来 ， T2K（T2K是一个粒子物理学实验 ， 为国际合作项目）的物理学家们一直在对这些光环进行计数 ， 这些光环是一束强大的中微子束从183英里（295公里）外的另一个地下设施射入洞穴的唯一迹象 。 当T2K的物理学家计算这些环的数量时 ， 他们将清晰的光环（通过水中充电的较重的μ子所产生）从模糊的光环（较轻的电子所产生的）中分离出来 。
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超级神冈探测器的圆顶水箱中有50000加仑的超纯蒸馏水 ， 13000个光电倍增管探测器（PMT）覆盖在它的墙壁上 。 （图片来源：messynessychic）
随着时间的推移 ， 物理学家们注意到他们的计数有出入 。 他们认为 ， 这种差异有助于解释宇宙中物质的存在 。
物质和反物质本应互为镜像 ， 但它们并没有
大爆炸之后 ， 宇宙中存在着等量的物质和反物质 ， 这两种物质互成镜像 ， 一旦接触就会相互毁灭 。 氢的反物质孪晶是反氢 ， 电子的反物质孪晶是带正电的正电子 ， 介子有反子而中微子有反中微子等等 。
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反物质是指具有与正常亚原子粒子相反性质的亚原子粒子 。 （图片来源：Nuclear-power）
反物质和物质很相似 ， 事实上 ， 这里一直存在着一个未解之谜——为什么它们一开始并没有简单地相互抵消 ， 只留下一道亮光 。 这表明 ， 粒子之间一定存在一些根本性的差异 ， 这种不对称性可以解释为什么物质会主宰反物质 。 我们已经发现了其中的一种不对称性 。
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（图片来源：Quora）
匹兹堡大学（University of Pittsburgh）物理学家、T2K合作组织成员马克·哈茨（Mark Hartz）说：“其中一种（不对称性）存在于在夸克中 ， 夸克是构成质子和中子的粒子 。 ”
早在1964年 ， 物理学家就发现了构成质子、中子和其他粒子的亚原子粒子——夸克和反夸克的弱力相互作用之间的细微差别（弱力、强力、电磁力和重力是四种基本力） 。 但是夸克的不对称性太弱 ， 无法解释宇宙的存在 ， 一定还有别的不符之处 。
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