如果所有粒子都有反粒子
：「易經」與「狄拉克之海」的意義糾纏
作者：文晏
如果所有粒子都有反粒子，完全由反粒子組成的反物質就可以找到嗎？為何目前我們在宇宙中接觸到的多是正物質，科學家只能找到極少的反物質，那些從宇宙大爆炸後所產生的好似太極一陰一陽的反物質，它們去了哪裡？是不是存在於宇宙某個不易被發現的區域？還是多被維持在人們都看不到無法感知的比三維空間更高維度的空間呢？科學家試著在宇宙中孜孜不倦地找尋著。
反粒子的確存在
1932年諾貝爾物理學獎得主瑞典裔美國物理學家家卡爾 ．大衛 ．安德森 （Carl David Anderson , 1905～1991）在宇宙射線中發現正電子 （又稱反電子、正子，質量與帶電量大小都與電子相同，但是電極性與電子相反） ，證實了英國物理學家狄拉克 （Paul Adrien Maurice DIRAC , 1902～1984）於1931年從理論上提出了著名的狄拉克方程從理論推論正電子存在的預言。1955年，物理學家埃米利奧 ．吉諾 ．塞格雷（Emilio Gino Segrè, 1905～1989）與歐文 ．張伯倫 （Owen Chamberlain 1920～ 2006 ）透過粒子加速器發現了反質子，因而於1959年獲得諾貝爾物理學獎。隔年，美國物理學家布魯斯 ．考克 （Bruce Cork） 又發現反中子，這使得人們意識到，任何粒子都似乎有著相對應的反粒子存在著。但因為由物質組成的星系團和另一個由反物質組成的星系團若是發生碰撞，其湮滅後釋放出的能量將於宇宙中生成高能光子或伽瑪射線，因為反物質不易在自然界找到。雖然科學家們曾經在銀河系中發現了一個恆星周圍的氣體脫離恆星散發出X射線，這恆星旁有個黑洞，恆星周圍的氣體可能因為被黑洞吸引而脫離恆星，產生一大片稀薄的反物質雲發出伽瑪射線，科學家證實了宇宙中有反物質的存在。由於粒子與反粒子彼此撞擊後即湮滅，所以反粒子在自然界中壽命極短稍縱即逝，研究反粒子與反物質的性質，就變得相當困難與挑戰。
我們為何僅能找到極少量的反物質呢？於是另一個疑問產生，自然界中沒有足夠的力量來產生反物質？宇宙大爆炸的瞬間誕生了許多反物質，這意味著往後只要能量足夠，人們可能會找到很多的天然反物質，例如：反物質星球、反物質太空區域、反宇宙或是或是反物質生命……。
1964年美國物理學家詹姆斯．克羅寧 （James Cronin , 1931～2016） 與瓦爾．菲奇 （Val Logsdon Fitch , 1923～2015 ），首度在實驗中發現含有奇夸克的k介子衰變過程出現CP破壞（charge parity violation）現象，一切物理定律本該遵守的CP對稱性，例如電磁作用、重力作用、強交互作用被破壞了，K介子能自然衰變成反K介子，反K介子也可以衰變為K介子，但是這兩個過程所發生的頻率卻不一樣。因此，科學家推測沒有發現到反物質與CP破壞有關聯性，宇宙大爆炸過程中有利於物質的產生，導致反物質的量不足，物質和反物質確實有不一樣的反應。雖然不能只靠夸克K介子行為解釋主導推論，但隨著物理學家證實新的CP破壞現象，將幫助我們為何宇宙的天然反物質那麼少。雖然2013年阿爾法磁譜儀（Alpha Magnetic Spectrometer , AMS）安裝於國際太空站上的 6個超高精確度的探測器，可以搜索宇宙中的奇異物質設備，已經偵測到40萬個正電子，雖然原子內部反物質粒子已有許多發現，但卻沒有發現其他穩定存在於宇宙的反物質，總總研究已成為物理與天文領域的熱點以及科幻創作的主題。
本文選自《生活潮藝文誌》第十五期，值得對電影、藝文有興趣的年輕人關注，各大網路書店現正販售中。