大多数物理学家认为，物质与反物质的差异仅仅是电荷相反。然而，一旦两者的其他性质存在任何细微的差异，都将颠覆目前的物理学体系。尽管目前的研究尚未发现任何差异，但CERN的物理学家仍在利用大型实验装置对下一个性质进行探索：在重力的作用下，反物质会降落还是上升？或许在不久之后，我们将挖掘出这类神秘粒子的更多线索。
根据Douglas Adams在《银河系漫游指南》一书中的描述，生命、宇宙与万事万物的终极解答是42。他离正确答案只差两倍：宇宙的答案是21。或者更准确地说，21厘米，也就是当氢原子从一个特定能态转移到另一能态时发出的辐射波的波长。这就是为什么NASA在1972年发射的先驱者10号航天器带着的镀金铝板上，画着身高以二进制的“8”表现的女人。（8个21厘米就是1.68米）
在二十世纪，许多知名物理学家都使用氢原子来预测和检验亚原子的相互作用。最近发表的一篇论文描述了该实验方法的重大进展——实验将研究方向带入反物质的神秘领域。它表明，反氢（氢对应的反物质）也产生著名的21厘米氢发射谱线。
这个最新实验可以解答一些基本问题。物理学中的标准模型描述维系宇宙的规则，检测该标准模型的漏洞的一种方法是寻找和发现物质及其对应的反物质的行为差异。几十年来对氢原子的仔细分析提供了一个基准，用来对比相应反氢物质的测量数据。测量结果中的任何偏差都可能打开一扇通往新物理学的大门：宇宙的答案——某地的某人或许已经知晓。
在CERN的高架仓库里，六个彼此竞争的实验组都想成为第一个摸清宇宙中最神秘材料的性质的团队。这些实验彼此仅相距几米，有的甚至在“叠罗汉”：一个金属横梁交叉着另一个，就像购物中心的自动扶梯，多层混凝土支架摇摇欲坠地挂在头顶。
CERN的一个实验室拥有唯一可用的反质子源，反质子是质子对应的反物质。“我们无时不刻地意识到竞争对手的存在，”领导AEGIS项目的物理学家Michael Doser说。该项目力争成为第一个发现反物质（物质的稀有镜像）如何对重力做出反应的团队。
几十年来，科学家一直在努力稳定反质子和由反质子构建的反氢原子足够长时间以作研究。过去几年出现了飞跃性进展：实验人员现在可以控制足够多的反粒子来开始认真探测反物质，并对其基本性质和内部结构进行越来越精确的测量。名为ALPHA的实验的领导人Jeffrey Hangst表示，至少理论上，他的团队现在可以像做氢原子实验一样对反氢原子做同样的实验。“对我来说，目前的成果便是我25年来所一直追求的。”他说。
这些实验任重道远：物质和反物质的性质之间哪怕极小的差异，也可以解释任何事物存在的原因。就物理学家所知，在宇宙形成初期，应该有等量的物质和反物质被创造出来，照理来说两者相互冲击湮灭抵消。但这并没有发生，目前不平衡状态的起源仍然是物理学中最大的谜题之一。
CERN的努力不太可能在短时间内攻克这个难题。迄今反物质已被证明与物质惊人得相似，许多物理学家认为这个结论不会被改变，因为任何差异都会撼动现代物理学的根基。但是，这六项实验引起了人们的关注，因为LHC在继续寻找可以解释反物质悖论的粒子上一无所获。
此外，团队在操控反物质方面的飞跃进展已经为他们赢得了对该机构的反质子工厂的重大升级——一个最前沿的减速器，它将在今年年底前开始运行，并最终能使实验处理比现在多100倍的粒子。
反物质物理学的根源可以追溯到1928年，当时英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）写了一个描述电子以接近光速的速度运动的方程。狄拉克认识到，他的方程必须有正值解和负值解。他后来将这件数学怪事解释为对反电子——现在被称为正电子——存在的暗示，并且得出每个粒子都应该存在对应反物质的理论。
实验物理学家卡尔·安德森（Carl Anderson）在1932年证实了正电子的存在，当时他发现一个疑似电子的粒子，但它穿过磁场时轨迹向相反的方向弯曲。物理学家很快就意识到，正电子经常在碰撞中产生：当用足够的能量粉碎粒子时，其中一些能量就可以变成一对物质–反物质。
到20世纪50年代，研究人员开始在粒子转换中使用这种能量并生产反质子。但是，人们花了几十年的时间才找到能够产生足够多的反质子的方法以用于捕捉和研究。其中一个研究动机非常令人心动——将反质子和正电子配对来制造反氢，然后与已经被充分研究的氢原子进行比较。
CERN的反物质研究最终将会面临来自德国Darmstadt的反质子和离子研究设备的竞争，该设施耗资10亿欧元，是一个国际性的加速器综合设备，并将在2025年左右建成。但目前，CERN是唯一能够产生速度低到能用于研究的粒子的设备。
现在，在反物质实验室中有五个实验正在进行（其中一个，GBAR，仍在建造中）。每个实验组都有自己研究反质子的方式。虽然有些人的实验独一无二，但他们也经常争相测量相同的性质，并独立证实彼此的实验结果。
这些实验共享一个粒子束，这意味着在任何两周的时间里，五个实验中只有三个能有机会使用粒子束，每8小时轮换一次。每周进行的协调会议确保每个实验组都知道旁组的磁铁何时运行，以免破坏敏感测量。但是尽管距离很近，团队通常在论文中读到他们旁边的研究者们所取得的突破。“我们的实验建立在竞争的基础上，这是好事。它能激励你。” Hangst说。
CERN实验探索了一系列的反物质性质，其中任何一种都可能显现出与物质的差异。反物质研究老将Masaki Hori说，这些实验的共同目标就是不断缩小不确定性。他领导ASACUSA实验，该实验使用激光来研究没有受到陷阱干扰力的飞行中的反原子。去年，该团队精确测量了反质子质量与电子质量的比例，该测量使用了奇特氦原子，其中的电子被反质子代替。像目前其他测量一样，该测量显示物质和反物质之间并没有差异。
但是每次结果都是对物质和反物质是否真正是镜像的更严格测试。
如果实验检测到物质和反物质之间的任何差异，那将是一个令人震惊的发现。这意味着结果违反电荷，宇称和时间反向变换（CPT）对称性的原则。根据这个原则，一个充满反物质且时间倒流的镜像宇宙，将具有与我们相同的物理学规律。CPT对称性是相对论和量子场理论等理论的支柱。打破它就相当于打破物理学。
不过，LHC在解决反物质谜题方面的确有突破。一些始于20世纪60年代的实验表明，在某些物理过程，如奇异K介子衰变成更熟悉的粒子过程中，存在微小的偏差，暗示物质产生。LHC实验一直在寻找更多这样的偏差，甚至是一大堆尚未发现的粒子，其在早期宇宙中的行为可能导致了维持到现在的物质-反物质严重失衡。
几个团队正在摩拳擦掌迎接下一个重大挑战：在重力下测量反物质加速度的竞赛。物理学家普遍认为反物质就像物质一样下落。但是一些边缘理论预言，它具有“负质量”——它将被物质排斥而非吸引。反物质的这种属性可能会解释身份尚不明确的暗能量和暗物质的作用。但大多数主流理论家认为这样的宇宙在本质上是不稳定的。
像以往一样，测量自由落体中的反氢原子的关键是将其温度降到足够低。即便是最小的热波动也会掩盖掉下落原子的信号。并且只能使用中性粒子，如反氢原子，因为即使遥远的电磁场来源也可以给带电粒子施加比重力大得多的力。
今年晚些时候，GBAR将成为ELENA的第一个受益者，这是一个全新的造价2500万瑞士法郎的设备，作用是进一步减缓从加速器出来的反质子的速度。最终，ELENA将会几乎同时为所有实验提供粒子。反质子的速度将放慢七倍，而且粒子束更窄。因为它们将在早期被更有效地冷却，实验应该能够捕获更多的粒子。
假设技术僵局没有阻碍前进的步伐，Doser认为到21世纪20年代末，物理学家将会熟练处理反物质并能够复制一系列原子物理领域的壮举，包括构建反物质原子钟。“我看到很多想法正在涌现，这是该领域正在迅速发展的迹象，”他说，“我希望CERN不要踢开我，因为我已有未来30年的计划。”