科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

據(jù)《自然》雜志16日正式發(fā)表的論文稱，歐洲核子研究中心（CERN）團(tuán)隊(duì)在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)底夸克實(shí)驗(yàn)（LHCb）中，首次在一種重子類的衰變復(fù)合亞原子粒子中觀測(cè)到物質(zhì)—反物質(zhì)不對(duì)稱現(xiàn)象。這一效應(yīng)被稱為電荷—宇稱聯(lián)合（CP）對(duì)稱性破壞，此前已有理論預(yù)測(cè)，但在重子中從未被觀察到。此次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證尤為重要，因?yàn)橹刈訕?gòu)成了可觀測(cè)宇宙中的大部分物質(zhì)，有助為人們解答為何在當(dāng)前宇宙中，物質(zhì)占據(jù)了主導(dǎo)地位。

宇宙學(xué)模型認(rèn)為，物質(zhì)和反物質(zhì)在大爆炸中等量產(chǎn)生，但在今日的宇宙中，物質(zhì)占據(jù)主導(dǎo)地位。這種不平衡被認(rèn)為是由于物質(zhì)和反物質(zhì)行為差異造成的，被稱為CP對(duì)稱性破壞。這一效應(yīng)被物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)測(cè)，60多年前已在一種稱為介子的亞原子粒子中觀測(cè)到，但在重子中卻“看不到”。和兩個(gè)夸克組成的介子不同，重子有3個(gè)夸克——構(gòu)成大多數(shù)物質(zhì)的粒子，如中子和質(zhì)子都是重子。

LHCb是LHC上的7個(gè)探測(cè)器之一，其主要物理目標(biāo)是檢測(cè)在b強(qiáng)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(zhì)—反物質(zhì)不對(duì)稱性。

包括多位中國(guó)科學(xué)家在內(nèi)的LHCb合作組，此次利用LHC質(zhì)子—質(zhì)子碰撞的數(shù)據(jù)，對(duì)重子衰變中CP破壞進(jìn)行了觀察。CP不對(duì)稱揭示出重子物質(zhì)和反物質(zhì)之間的行為差異，在實(shí)驗(yàn)中揭示其細(xì)節(jié)為解決大爆炸物質(zhì)—反物質(zhì)不平衡問(wèn)題提供了重要線索，為進(jìn)一步對(duì)CP破壞的性質(zhì)進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究開(kāi)辟了路徑。

LHCb合作組科學(xué)家認(rèn)為，這一成果為探索標(biāo)準(zhǔn)模型之外的物理學(xué)奠定了重要基礎(chǔ)。

總編輯圈點(diǎn)

這一成果的重要性不僅僅在于其本身，更在于它開(kāi)啟了通向無(wú)限可能的新篇章。我們知道，現(xiàn)有的宇宙學(xué)模型，雖然能夠描述大爆炸初期物質(zhì)與反物質(zhì)的等量產(chǎn)生，但一直沒(méi)法充分解釋為何后來(lái)物質(zhì)成為主導(dǎo)。而通過(guò)觀察重子中的CP破壞效應(yīng)，科學(xué)家們可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)和理解這種不對(duì)稱性，從而一步步解開(kāi)這個(gè)長(zhǎng)期困擾物理學(xué)界的謎題。此外，從技術(shù)上看，CERN的實(shí)驗(yàn)還成功展示了當(dāng)前粒子對(duì)撞機(jī)的高度精確性和復(fù)雜性——它不僅能驗(yàn)證理論假設(shè)，也能為后續(xù)研究指明方向。這種對(duì)未知領(lǐng)域的探索潛力，將激勵(lì)更多科學(xué)家投身高能物理研究，最終，觸及超越現(xiàn)有理論框架的新物理規(guī)律。