LHCb(大型強子對撞機底夸克偵測)合作項目已經測量了D1和D2介子之間的微小質量差異，這是D0粒子及其反粒子的量子疊加的一種表現形式。這種質量差異控制著D0粒子振蕩成反粒子后的速度。圖片：CERN

LHCb合作組織已經測量出兩個粒子之間的質量差為0.000 000 000 000 000 000 000 01克，或者用科學符號表示為10-38克。這一結果在剛剛提交給《物理評論快報》雜志發表的一篇論文中報告，并在今天歐洲核子研究中心的一個研討會上提出，標志著在研究一種被稱為D0介子的粒子如何從物質變為反物質并返回方面的一個里程碑。

D0介子是粒子物理學標準模型中僅有的四種粒子之一，它們可以變成或 "振蕩 "成反物質粒子，而反物質粒子在大多數方面與它們的物質對應物相同。其他三個是K0介子和兩種類型的B介子。

介子是由稱為夸克的基本粒子組成的一大類粒子的一部分，它包含一個夸克和一個反物質夸克。D0介子由一個魅力夸克和一個上反夸克組成，而它的反粒子，即反D0，由一個魅力反夸克和一個上夸克組成。

在奇怪的量子物理學世界中，正如薛定諤那只臭名昭著的貓可以既死又活一樣，D0粒子可以同時是它自己和它的反粒子。這種量子 "疊加 "導致兩個粒子，每個粒子都有自己的質量--一個較輕的和一個較重的D介子(技術上稱為D1和D2)。正是這種疊加使得D0能夠振蕩成它的反粒子并返回。

D0粒子是在大型強子對撞機(LHC)的質子-質子對撞中產生的，它們在轉變或 "衰變 "為其他粒子之前平均只走了幾毫米。通過比較短距離飛行后衰變的D0粒子和那些更遠的粒子，LHCb合作組織已經測量了控制D0振蕩成反D0速度的關鍵數量--較重和較輕D粒子之間的質量差異。

結果是10-38克，超過了 "五西格瑪 "的統計學意義水平，而這是在粒子物理學中宣稱觀測所需的。

"LHCb發言人克里斯-帕克斯說："為了把這個令人難以置信的小質量差異放在背景中，即使與D0粒子的質量相比，它仍然是一個小數字--相當于一個雪球的質量與整個勃朗峰(歐洲最高峰，海拔超過4800米)的質量相比。"而且這也是研究D0粒子振蕩行為的一大步"。

隨著現在觀察到的微小質量差異，粒子探索的一個新階段可以開始了。研究人員可以對D0衰變進行進一步的測量，以獲得更精確的質量差異，并尋找標準模型沒有預測的未知粒子對D0振蕩的影響。

這種新粒子可能會增加振蕩的平均速度，或者增加物質到反物質的振蕩速度和反物質到物質的振蕩速度之間的差異。如果被觀察到，這種差異可以闡明為什么宇宙完全由物質組成，盡管在大爆炸期間物質和反物質應該是以同等數量產生的。