这项研究探讨物理学中最根本的谜团之一：为什么宇宙中存在物质，而不是空无一物？科学家认为，在宇宙早期，物质和反物质几乎以等量产生。当这些相反的存在彼此相遇时，它们会湮灭并释放能量。如果它们以完全相等的数量存在，几乎所有物质都可能消失，从而没有材料形成恒星、行星或生命。
如今，来自南安普顿大学和印度坎普尔理工学院的研究人员认为，他们可能找到了这个谜题的重要一环。他们的解释涉及中微子的一种鲜为人知的“亲戚”——一种极轻、极少与普通物质发生相互作用的粒子。
一种被遗忘的粒子在早期宇宙中扮演着强大角色
研究团队聚焦于一种被称为“退耦”重中微子的粒子。与普通中微子不同，这种假想中的较重“亲戚”通常被认为与其他粒子的联系过于微弱，无法对宇宙产生重大影响。
然而，研究人员发现，其异常长的寿命可能使它比以前认为的重要得多。根据他们的计算，这种粒子的存在时间可能足够长，以至于在大爆炸后宇宙冷却的过程中，曾短暂地主宰宇宙的能量密度。
那段短暂的支配期可能改变了早期宇宙的演化方式，影响了最终使物质数量超过反物质的条件。
该研究的作者之一、南安普顿大学的Rishav Roshan博士解释说：
“这种退耦重中微子长期以来一直被当作粒子物理学中无关紧要的背景细节而被忽视。
“然而，它的衰变极其缓慢。在大爆炸后宇宙冷却的过程中，这种粒子存活时间足够长，以至于曾暂时接管了宇宙的能量密度，并引发了一个物质主导的时期。”
这一研究成果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，这是美国物理学会的一份科学期刊。
重中微子如何解释物质为何得以存留
以往解释物质为何战胜反物质的尝试通常没有考虑退耦重中微子。由于它与其他粒子的相互作用极其微弱，科学家们假定它对造成这种不对称的过程几乎没有影响。
这项新研究挑战了这一假设。研究团队发现，即使是相互作用极其微弱的粒子，也能间接影响物质获得其关键优势的条件。
这种不平衡被称为物质与反物质不对称性，对于理解我们的存在至关重要。出于物理学家仍在努力解释的原因，早期宇宙最终含有的物质略多于反物质。这一微小的差异使得在大多数粒子与其反粒子相互湮灭之后，仍有一些物质得以留存。
“我们能够存在这一事实本身就证明了物质与反物质之间发生了不对称，”Roshan博士补充道。
“退耦中微子改变了早期宇宙中基本粒子（如电子和其他轻子）在标准模型希格斯玻色子的帮助下与其反粒子发生相互作用的温度。
“这个温度就像一个开关，塑造了物质与反物质不平衡是如何建立起来的。”
希格斯玻色子是一种基本粒子，与赋予许多基本粒子质量的机制相关。在研究人员提出的情景中，重中微子改变了支配涉及希格斯玻色子的重要粒子相互作用的温度条件。
通过改变这些相互作用发生的时间，这种粒子可能影响了物质与反物质之间不平衡的发展。换句话说，长期以来被认为无关紧要的东西，可能有助于决定宇宙中为何存在物质。
古老引力波可能揭示答案
该理论还可能对理解宇宙最初阶段如何膨胀具有重要意义。
研究合著者、印度坎普尔理工学院的Sudipta Show博士表示，研究结果表明，这种被遗忘的粒子可能极大地改变了年轻宇宙的膨胀历史。
他补充道：“它为我们提供了物质如何获胜的一种新解释。
“宇宙早期膨胀的剧烈变化留下了独特但可探测的变化印记，例如在原初引力波上。
“这些引力波特征为我们开辟了新途径，使我们能够揭示大爆炸后早期宇宙的演化。”
引力波是时空结构中的涟漪。科学家认为，极早期宇宙中的过程可能产生了原初引力波，这些引力波携带着那个遥远时代状况的信息。
根据这一新理论，重中微子的暂时支配可能在这些古老信号中留下了可识别的特征。探测到此类模式最终可能提供一种方法，用于验证这种假想粒子是否真的影响了宇宙最初的演化。
目前，这一解释仍停留在理论层面。但它为物理学家提供了解决宇宙学最深层谜团之一的新可能性：当物质与反物质相遇本可能使宇宙几乎完全空无一物时，物质是如何得以存留的。