你正在靠近某个遥远星系中的一个星球,不确定它是由物质还是反物质构成,因此也不知道着陆是否安全。这个星球上居住着友好的外星人,你们之前已经通过电波沟通过了。他们高端智慧并且非常了解你,对物质和反物质的一切知识了若指掌。
当然,他们坚称自己是由物质构成的。毕竟,没人会习惯将自己的族群定义为“反”。我们怎么才能知道他们词典中的意思和我们的一致呢?通过什么问题才能准确无疑地确定他们的构成和我们一样,或者他们是反外星人?
如果物质和反物质永远是完美对称平衡的,我们就没有办法完成以上判断,要不然就只有赌一把——直接降落或者发射一个无人探测器观看它进入大气层或反大气层时发生的情况。 不过,我们已经知道它们间存在不对称,虽然很微小,但确实存在而且可测量——通过一种电中性K介子的行为就能揭示这个真理。当这种K介子衰变时,会产生一个既非正电亦非负电的介子,同时还有一个单独的电子或者正电子。如果物质和反物质完美对立,这两种衰变也应该精确匹配,每种衰变的概率应该相同。但是实际上它们存在轻微的差异。
自然界中的K介子和反K介子总是配对存在的,其配对方式使得它们有时会迅速消亡,但是有时又会长时间存活。这两种情况有明显区别,被称为短寿命和长寿命配对。这两种配对都显示出了物质和反物质之间的不对称,只是长寿命配对的效应更明显,其衰变过程中放出正电子的概率略大于负电子:每统计2000个事例,平均有1003个事例发射正电子,997个发射负电子。如此一来,现在我们终于有点事情和外星人交流了。
首先,我们需要识别K介子。和外星人交流名字和符号是没用的,因为外星人对于K介子的命名肯定和我们不同。但是我们可以通过公认的性质来识别它,那就是质量。K介子的质量比质子或反质子的质量的一半略大,没有第二种粒子的质量在此范围内。所以我们可以告诉外星人:在他们的世界中,最简单的原子中心处有一个“原子核”,里面存在一个质量粒子,即氢原子中的质子(或反氢原子中的反质子),而我们希望识别的是一种质量比此质量粒子的一半略大的粒子。这样双方就可以定位K介子。
除了不带电的K0 ,另外还有K+ 和K- ,分别带有正电荷和负电荷。因此还必须保证双方识别出的都是电中性的K0 。我们必须告诉对方,我们将原子内部的聚拢属性称为“电荷”,而需要识别的K0 是没有电荷的。解决了这个问题之后,外星人应该会发现所识别的K0 有两个版本:一种寿命较短,另一种寿命相对较长。接下来我们会聚焦说明这个问题。
这里就到了关键时刻,在我们所处的物质世界中,长寿命K会衰变成一个介子和一个电子或正电子,而正电子衰变的概率略大。因此,我们要问问外星人:“在衰变过程中产生的两种对称的轻质粒子,出现概率较大的那个和你们在普通原子中发现的相同,还是相反?”如果对方回答“相同”,那就是正电子。对面的外星人就是由反物质构成的,我们只能远观不可触碰;如果对方回答“相反”,那就是电子,此时可以确定大家都是由物质组成的,我们可以安全降落。