ビッグバンによって、初期の宇宙には物質と反物質が同じ量だけ作られるはずでした。 しかし、現在、私たちが目にするものは、地球上の小さな生命体から最大の恒星まで、ほとんどが物質でできています。 それに比べて反物質はあまり見当たりません。 何かが起こってバランスを崩したのでしょう。
反物質の粒子は、物質と同じ質量を持っていますが、電荷などの性質が逆になっています。 例えば、正の電荷を持つ陽電子は、負の電荷を持つ電子の反粒子である。 物質粒子と反物質粒子は常にペアで生成され、接触すると互いに消滅して純粋なエネルギーが残る。 ビッグバンの最初の数分の1秒の間、高温で高密度の宇宙は、粒子と反粒子のペアが飛び出したり消えたりして賑やかだった。 物質と反物質が一緒に生成・破壊されるのであれば、宇宙にはエネルギーの残骸しかないように思えます。 これが現在の姿です。 過去数十年の間に、素粒子物理学の実験によって、自然の法則は物質と反物質に等しく適用されないことが明らかになりました。 物理学者たちは、その理由を解明しようとしています。 研究者たちは、粒子とその反粒子の間で、崩壊する前に1秒間に何百万回も起こる自然発生的な変換を観察しています。
テーブルの上で回転するコインを考えてみましょう。 コインは頭か尻尾のどちらかに着地しますが、回転を止めて片側に倒れるまでは「頭」か「尻尾」と定義することはできません。 コインが頭か尻尾に当たる確率は半々なので、全く同じ方法で十分な数のコインを回転させれば、半分は頭に、残りの半分は尻尾に当たるはずです。
しかし、コインを回転させているテーブルの上を特殊なビー玉が転がり、当たったコインがすべて頭に落ちたとしたら、システム全体が混乱してしまいます。 それは、システム全体を混乱させることになります。 それと同じように、未知のメカニズムが振動する粒子に干渉して、わずかな数の粒子が物質として崩壊したのかもしれません。 物理学者は、大型ハドロン衝突型加速器の高エネルギー陽子衝突で生成された物質と反物質の粒子の振る舞いの微妙な違いを研究することで、このプロセスが何であるかのヒントを得られるかもしれない。 この不均衡を研究することで、なぜ私たちの宇宙が物質で満たされているのか、より明確なイメージを描くことができるかもしれません。