质子衰变：质子会死吗

质子会衰变吗？超级神冈至今没有看到质子衰变，质子寿命超过 10³⁴ 年；它会不会衰变，取决于还没被证实的大统一理论。游戏里的结局「质子衰变」，让玩家守在宇宙的终点，看着最后一个质子衰变。这是一个需要真实等待的结局，解锁条件里有“在现实中等待 24 小时”。

这一页先说怎么解锁，再讲质子衰变的真实现状，然后讲粒子物理里与它相关的研究：夸克、反物质、物质为什么多于反物质，以及中微子。

怎么解锁

• 提示：有些结局只能真的去等。
• 条件：点亮“最后一个质子”，见证宇宙终局，然后在现实中等待 24 小时。
• 奖励：解锁能量星座的命运节点“宇宙工厂”。

结局属于“物理”类。“最后一个质子”节点的说明是：选择守在宇宙的终点，看着最后一个质子衰变。这个结局需要真实地等待 24 小时，这是游戏里设计的等待，不是物理实验的要求。

真实的现状

• 没有看到：超级神冈至今没有看到质子衰变。
• 寿命下限：质子寿命超过 10³⁴ 年。
• 取决于什么：质子会不会衰变，取决于还没被证实的大统一理论。

宇宙远期的图景里，质子衰变是一个“或许”。有一项研究推算了宇宙在万亿年乃至更久之后的命运：恒星熄灭、质子或许衰变、黑洞最终蒸发（Adams 与 Laughlin，《Reviews of Modern Physics》1997）。黑洞的蒸发则来自另一个发现：量子效应让黑洞缓慢辐射能量，黑洞不是永恒的（Hawking，《Nature》1974）。

质子里有什么

• 夸克模型：盖尔曼提出质子和中子由更小的“夸克”组成，为粒子动物园带来了秩序（盖尔曼，《Physics Letters》1964）。
• 渐近自由：夸克靠得越近，相互作用越弱，离得越远，反而拉得越紧，这解释了为什么夸克永远被关在一起（Gross 与 Wilczek，《Physical Review Letters》1973）。
• 完美液体：重离子对撞重现了宇宙最初几微秒的夸克-胶子等离子体，它的行为像几乎没有黏性的液体（STAR Collaboration，《Nuclear Physics A》2005）。

物质为什么多于反物质

• 萨哈罗夫条件：萨哈罗夫列出宇宙产生“物质多于反物质”所需的三个条件，至今仍是研究的出发点（Sakharov，《JETP Letters》1967）。
• CP 破坏：K 介子的衰变显示，物质和反物质的物理规律并不完全对称（Christenson、Cronin、Fitch 与 Turlay，《Physical Review Letters》1964）。
• 狄拉克方程：狄拉克把量子力学和相对论结合起来描述电子，方程的解意外地预言了反物质（Dirac，《Proceedings of the Royal Society A》1928）。
• 正电子：安德森在宇宙射线中拍到带正电的电子，人类第一次看到反物质（Anderson，《Physical Review》1933）。

中微子

在核反应堆旁守候多年，终于捕捉到这种几乎不与任何东西作用的“幽灵粒子”（Cowan、Reines 等，《Science》1956）。超级神冈探测器后来发现中微子会在三种类型间变身，这意味着它们有质量（Fukuda 等，《Physical Review Letters》1998）。超级神冈也正是“至今没有看到质子衰变”的那台探测器。

上面这些都是相关的真实研究，它们讲的是粒子物理的背景，并不能证明或否定质子衰变。

游戏设定，不是真的

质子衰变留下的话是虚构。

想读原文，可以搜这些题目

• Gell-Mann（1964）：《A schematic model of baryons and mesons》，大意是“重子与介子的简化模型”
• Gross 与 Wilczek（1973）：《Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories》，大意是“非阿贝尔规范理论的紫外行为”
• Sakharov（1967）：《Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe》，大意是“CP 不变性的破坏、C 不对称与宇宙的重子不对称”
• Christenson 等（1964）：《Evidence for the 2π decay of the K2 0 meson》，大意是“K2 0 介子 2π 衰变的证据”
• Dirac（1928）：《The quantum theory of the electron》，大意是“电子的量子理论”
• Anderson（1933）：《The positive electron》，大意是“正电子”
• Cowan、Reines 等（1956）：《Detection of the free neutrino: a confirmation》，大意是“自由中微子的探测：一次证实”
• Fukuda 等（1998）：《Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos》，大意是“大气中微子振荡的证据”
• STAR Collaboration（2005）：《Experimental and theoretical challenges in the search for the quark–gluon plasma》，大意是“搜寻夸克-胶子等离子体的实验与理论挑战”
• Hawking（1974）：《Black hole explosions?》，大意是“黑洞爆炸？”
• Adams 与 Laughlin（1997）：《A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects》，大意是“垂死的宇宙：天体物理对象的长期命运与演化”