2018 年開啟時的 LHCb 探測器(圖片來源：CERN)

近日，大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)的LHCb合作組在兩項新研究中報告了關(guān)于物質(zhì)與反物質(zhì)不對稱性的重要發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)為解開宇宙為何幾乎完全由物質(zhì)組成的謎團(tuán)提供了新的線索。

根據(jù)大爆炸理論，物質(zhì)和反物質(zhì)在宇宙誕生之初的產(chǎn)生量應(yīng)該是相等的。然而，時至今日，宇宙卻幾乎完全由物質(zhì)構(gòu)成，這一現(xiàn)象引發(fā)了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型雖然預(yù)測了物質(zhì)和反物質(zhì)之間存在不對稱性，即電荷宇稱(CP)破壞，但這種不對稱性的規(guī)模并不足以解釋當(dāng)前宇宙中物質(zhì)與反物質(zhì)的不平衡狀態(tài)。

迄今為止，CP破壞的現(xiàn)象主要在由單個夸克和單個反夸克組成的粒子(稱為介子)的衰變中被觀察到。然而，在其他類型的粒子衰變中，如包含三個夸克的粒子(稱為重子)的衰變，CP破壞的證據(jù)一直難以捉摸。

在LHCb合作組的第一項新研究中，科學(xué)家們仔細(xì)篩選了LHC第一次和第二次運行期間獲取的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞數(shù)據(jù)，專注于底部λ重子的不同衰變模式。通過計算底部λ重子及其反物質(zhì)伙伴的衰變次數(shù)，并比較兩者之間的差異，研究團(tuán)隊在底部λ重子衰變?yōu)橐粋€λ重子和兩個K介子的過程中發(fā)現(xiàn)了CP破壞的證據(jù)，其顯著性達(dá)到了3.2個標(biāo)準(zhǔn)差。

在第二項新研究中，LHCb合作組將研究焦點轉(zhuǎn)向了帶電美介子衰變?yōu)镴/psi和帶電介子的過程。J/psi是一種由粲夸克和粲反夸克組成的介子，屬于粲偶素粒子的一種。通過類似的分析方法，并利用LHC的數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊在帶電美介子的這種衰變模式中也發(fā)現(xiàn)了CP破壞的證據(jù)，其顯著性同樣為3.2個標(biāo)準(zhǔn)差。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著美強(qiáng)子衰變?yōu)轸优妓亓Ｗ訒rCP破壞的首個直接證據(jù)。

這兩項研究不僅為理解物質(zhì)與反物質(zhì)之間的不對稱性提供了新的視角，也標(biāo)志著科學(xué)家們在探索這一領(lǐng)域方面邁出了重要的一步。未來，隨著LHC第三次運行以及對撞機(jī)計劃升級版高亮度LHC的投入使用，更多關(guān)于物質(zhì)-反物質(zhì)之謎的數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)將進(jìn)一步揭示這一現(xiàn)象的真相。