當外星人來到我們的太陽系，向我們發出他們的第一個資訊打招呼時，很可能不是“帶我們去見你的最高統帥”，而是會問，“你是由物質還是反物質構成的？”根據科學家們所有觀測結果表明，我們已知宇宙中所有的結構——行星、恆星、氣體、星系等等——都是由物質構成的，而不是反物質。

圖注：星系團MACSJ0717.5_3745，必須像我們一樣由物質構成，否則會有物質反物質毀滅的證據。

有物質/反物質湮滅的跡象，但在人類所能探測到的位置，我們看到的反物質都不到物質的0.1%。我們知道我們的宇宙是由物質而不是反物質主宰；我們對這一事實非常有信心，以至於我們甚至不需要問關鍵問題就願意與外星人握手。

圖注：開普勒42行星系統的設想圖。我們有充分的理由相信它是由物質構成的，而不是反物質。

但另一方面，每一個創造或毀滅物質的相互作用也創造或毀滅了等量的反物質。那麼我們如何調和這兩件事呢？我們怎樣才能擁有一個在物質和反物質之間，表現出完美對稱相互作用的宇宙，而這個宇宙完全由物質而不是反物質構成？

標準模型的粒子和反粒子。

兩者之間一定有根本的不同。搞清楚這些差異究竟是什麼，將是理解我們的宇宙——包括星系、恆星、行星和人類——是如何生存的關鍵。我們幾代人以來都能很好地測量物質的性質。我們可以測量：

其品質，它在引力場的加速度，它的電荷，它的旋轉，其磁性，它是如何結合成原子，分子和更大的結構，以及在這些不同構型中電子躍遷的工作方式。

氫原子中的電子躍遷，以及由此產生的光子的波長。

儘管我們還可以測量其他性質——衰變率、散射振幅、橫截面等——但這些是最基本和最重要的性質。它們告訴我們物質如何與自身以及引力和電磁力相互作用的基本原理。如果自然規律是完全對稱的，反物質應該有一些特定的屬性，它們按照如下方式對齊。每個物質粒子的反物質對應物應具有：

相同的品質，在引力場的同樣的加速度，相反的電荷，相反的旋轉，相同的磁性，應該以同樣的方式結合成原子，分子和更大的結構，並且在這些不同的配置中應具有相同的正電子躍遷範圍。

其中一些已經被測量了很長時間：反物質的品質、電荷、自旋和磁性都是眾所周知的。但這些特性很容易測量。

從ALPHA實驗獲得的反氫原子的軌跡。

在足夠高的能量下，通過將粒子相互碰撞，很容易產生額外的物質/反物質對。只要有足夠的自由能產生一個新的粒子和一個新的反粒子——足夠的E產生愛因斯坦E=MC^2給出的新品質——你就可以簡單地創造物質和反物質。只要反物質不與另一個物質粒子碰撞(這將導致它瞬間湮沒回純能量)，你就可以從它在探測器中留下的軌跡來確定它的性質。它的能量和動量，以及電荷和品質，都可以通過它在電場和磁場作用下留下的軌跡來重建。

圖注：來自費米實驗室氣泡室的軌跡，揭示了所產生粒子的電荷、品質、能量和動量。

但由於反物質的波動性，以及它特別容易被摧毀，反物質很難長期存活。必須把它和它接觸的任何物質隔離開來。需要慢慢來，冷靜下來，把它限制住。如果你想形成反原子，你需要誘使它與其他的、帶相反電荷的、同樣不穩定的反物質粒子結合。值得注意的是，由於方法和技術的進步，過去十年在這方面取得了一系列顯著的進步。我們已經做到了，並且創造了中性反原子。

圖注：在一個簡單的氫原子中，單個電子繞著一個質子執行。在反氫原子中，單個正電子（反電子）繞著一個反質子執行。

我們已經能夠隔離和限制它們，每次保持它們穩定超過10分鐘。我們已經能夠測量它們的吸引力和排斥力，以及核力，並且正在努力獲得它們的引力。前些年，我們首次測量了反氫原子中的電子躍遷，並確定它們在各個方面都等同於氫原子中躍遷。

歐洲核子研究中心實驗設施中的ALPHA團隊成員。

然而搜尋仍在繼續。 我們已經發現了奇夸克、魅夸克和底夸克及其反夸克之間的弱核相互作用的衰變之間存在非常細微的差異：這是反物質與物質不同的第一個暗示。 但這還不足以解釋為什麼宇宙是由物質而不是反物質構成。為此，我們需要其他物理學。我們需要的東西超出了標準模型，也超出了我們的標準期望。 因此，我們繼續探索新的粒子，新的相互作用以及意外的不對稱性。 如果幸運的話，我們可能會偶然發現為什麼物質無處不在，而反物質卻不存在的原因。

但在此之前，我們唯一的選擇是繼續在黑暗中摸索，繼續尋找下一個微觀世界中的小數位；下一個要測量的細微影響；下一個要測試的更高階的原子結構。大自然不急於向我們敞開它的祕密，特別是反物質這個關鍵祕密。但我們不會放棄探索，我們會堅持不懈地繼續調查這些幾乎不可能揭示的自然謎團，因為這是揭示最終真相的唯一方法。