重子內觀測到物質—反物質不對稱現象

科技日報北京7月16日電 （記者張夢然）據《自然》雜誌16日正式發表的論文稱，歐洲核子研究中心（CERN）團隊在大型強子對撞機底夸克實驗（LHCb）中，首次在一種重子類的衰變複合亞原子粒子中觀測到物質—反物質不對稱現象。這一效應被稱為電荷—宇稱聯合（CP）對稱性破壞，此前已有理論預測，但在重子中從未被觀察到。此次實驗驗證尤為重要，因為重子構成了可觀測宇宙中的大部分物質，有助為人們解答為何在當前宇宙中，物質佔據了主導地位。

宇宙學模型認為，物質和反物質在大爆炸中等量產生，但在今日的宇宙中，物質佔據主導地位。這種不平衡被認為是由於物質和反物質行為差異造成的，被稱為CP對稱性破壞。這一效應被物理學標準模型所預測，60多年前已在一種稱為介子的亞原子粒子中觀測到，但在重子中卻“看不到”。和兩個夸克組成的介子不同，重子有3個夸克——構成大多數物質的粒子，如中子和質子都是重子。

LHCb是LHC上的7個探測器之一，其主要物理目標是檢測在b強子（包含底夸克的重子）中的CP破壞和新物理，幫助解釋宇宙中的物質—反物質不對稱性。

包括多位中國科學家在內的LHCb合作組，此次利用LHC質子—質子碰撞的數據，對重子衰變中CP破壞進行了觀察。CP不對稱揭示出重子物質和反物質之間的行為差異，在實驗中揭示其細節為解決大爆炸物質—反物質不平衡問題提供了重要線索，為進一步對CP破壞的性質進行理論和實驗研究開闢了路徑。

LHCb合作組科學家認為，這一成果為探索標準模型之外的物理學奠定了重要基礎。

【總編輯圈點】

這一成果的重要性不僅僅在於其本身，更在於它開啓了通向無限可能的新篇章。我們知道，現有的宇宙學模型，雖然能夠描述大爆炸初期物質與反物質的等量產生，但一直沒法充分解釋為何後來物質成為主導。而通過觀察重子中的CP破壞效應，科學家們可以更準確地檢測和理解這種不對稱性，從而一步步解開這個長期困擾物理學界的謎題。此外，從技術上看，CERN的實驗還成功展示了當前粒子對撞機的高度精確性和複雜性——它不僅能驗證理論假設，也能為後續研究指明方向。這種對未知領域的探索潛力，將激勵更多科學家投身高能物理研究，最終，觸及超越現有理論框架的新物理規律。