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重子CP破壞現(xiàn)象觀測到 有助理解正反物質(zhì)不對稱問題

發(fā)布時(shí)間：2025/3/27 來源： 科技日報(bào) 閱讀次數(shù)：1035       

據(jù)歐洲核子研究中心官網(wǎng)26日報(bào)道，在意大利舉行的莫里翁年度會(huì)議上，該機(jī)構(gòu)的大型強(qiáng)子對撞機(jī)上的底夸克實(shí)驗(yàn)（LHCb）合作組宣布，以壓倒性證據(jù)觀測到了重子的“電荷共軛-宇稱聯(lián)合變換對稱性破壞”（以下簡稱“CP破壞”）現(xiàn)象。這一里程碑式進(jìn)展為破解正反物質(zhì)不對稱之謎提供了新思路。

CP破壞即正反粒子（物質(zhì)）不遵循相同物理法則的現(xiàn)象。粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，自然界中的每種粒子（物質(zhì)）都有其對應(yīng)的反粒子（物質(zhì)）。正反粒子（物質(zhì)）質(zhì)量相同，但電荷相反，兩者相遇會(huì)湮滅并釋放大量能量。宇宙大爆炸理論認(rèn)為，宇宙誕生之初應(yīng)該產(chǎn)生了等量的正反物質(zhì)，但人類目前觀測到的宇宙由正物質(zhì)主導(dǎo)，反物質(zhì)去哪兒了呢？

LHCb合作組成員、北京大學(xué)物理學(xué)院研究員張艷席對科技日報(bào)記者解釋道：“CP破壞是解釋正反物質(zhì)不對稱性的必要條件。通俗來說，CP破壞使得正反粒子衰變行為存在差異。”上世紀(jì)60年代，科學(xué)家首次在中性K介子的衰變過程中捕捉到CP破壞現(xiàn)象。自此，研究CP破壞成為粒子物理領(lǐng)域的熱門課題。

重子由3個(gè)夸克組成，質(zhì)子和中子都屬于重子。雖然標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測重子也存在CP破壞現(xiàn)象，但科學(xué)家迄今只觀測到一些“蛛絲馬跡”。在最新研究中，LHCb合作組在海量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中梳理了8萬多次重子衰變，首次觀測到重子（∧b重子）的CP破壞現(xiàn)象。

∧b重子由一個(gè)上夸克、一個(gè)下夸克和底夸克組成。LHCb合作組利用探測器在LHC第一、二次運(yùn)行期間收集的數(shù)據(jù)，研究∧b重子到一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)K介子和一對帶相反電荷的π介子的衰變，以及其反物質(zhì)反∧b衰變。結(jié)果顯示，正反∧b重子的衰變率存在差異，統(tǒng)計(jì)顯著性達(dá)到5.2西格瑪，超過了粒子物理學(xué)稱為“發(fā)現(xiàn)”所需的5西格瑪標(biāo)準(zhǔn)。

張艷席表示：“LHCb合作組首次在重子衰變中觀測到CP破壞現(xiàn)象，不僅填補(bǔ)了重子CP破壞研究的空白，也為進(jìn)一步探究CP破壞機(jī)制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)”。

物理學(xué)家計(jì)劃在下一代對撞機(jī)上繼續(xù)搜尋可能存在的“超出標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的CP破壞”，為理解反物質(zhì)消失之謎提供決定性證據(jù)。 

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