LHCb合作组在重子衰变中发现CP破坏新证据

LHCb合作组在重子衰变中发现CP破坏新证据

近日，欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的LHCb合作组在重子衰变中发现了CP破坏的新证据。这一发现不仅为理解物质与反物质之间的不对称性提供了新的视角，也标志着科学家们在探索这一领域方面迈出了重要的一步。

2018 年开启时的 LHCb 探测器(图片来源：CERN)

根据大爆炸理论，物质和反物质在宇宙诞生之初的产生量应该是相等的。然而，时至今日，宇宙却几乎完全由物质构成，这一现象引发了科学家们的广泛关注。粒子物理学的标准模型虽然预测了物质和反物质之间存在不对称性，即电荷宇称（CP）破坏，但这种不对称性的规模并不足以解释当前宇宙中物质与反物质的不平衡状态。

迄今为止，CP破坏的现象主要在由单个夸克和单个反夸克组成的粒子（称为介子）的衰变中被观察到。然而，在其他类型的粒子衰变中，如包含三个夸克的粒子（称为重子）的衰变，CP破坏的证据一直难以捉摸。

在LHCb合作组的第一项新研究中，科学家们仔细筛选了LHC第一次和第二次运行期间获取的质子-质子碰撞数据，专注于底部λ重子的不同衰变模式。通过计算底部λ重子及其反物质伙伴的衰变次数，并比较两者之间的差异，研究团队在底部λ重子衰变为一个λ重子和两个K介子的过程中发现了CP破坏的证据，其显著性达到了3.2个标准差。

在第二项新研究中，LHCb合作组将研究焦点转向了带电美介子衰变为J/psi和带电介子的过程。J/psi是一种由粲夸克和粲反夸克组成的介子，属于粲偶素粒子的一种。通过类似的分析方法，并利用LHC的数据，研究团队在带电美介子的这种衰变模式中也发现了CP破坏的证据，其显著性同样为3.2个标准差。这一发现标志着美强子衰变为粲偶素粒子时CP破坏的首个直接证据。

这两项研究不仅为理解物质与反物质之间的不对称性提供了新的视角，也标志着科学家们在探索这一领域方面迈出了重要的一步。未来，随着LHC第三次运行以及对撞机计划升级版高亮度LHC的投入使用，更多关于物质-反物质之谜的数据和发现将进一步揭示这一现象的真相。