摘要：近日，国际粒子物理界爆出了一个大新闻。3月21日，在上传到预印版平台arXiv的一篇文章中，LHCB（大型强子对撞机底夸克实验合作组）报道了观察到重子衰变中的电荷宇称对称性破缺（Observation of charge-parity symmetry bre

近日，国际粒子物理界爆出了一个大新闻。3月21日，在上传到预印版平台arXiv的一篇文章中，LHCB（大型强子对撞机底夸克实验合作组）报道了观察到重子衰变中的电荷宇称对称性破缺（Observation of charge-parity symmetry breaking in baryon decays）。LHC是世界上最大且最强大的粒子加速器，位于瑞士日内瓦近郊的欧洲核子研究组织（CERN），而LHCB是LHC上的四大主要实验之一，其主要目的是研究重味强子，通过精确测量含b和c夸克的粒子衰变，寻找超出标准模型的新物理现象，例如从CP破坏中寻找新物理的间接证据。

粒子物理学的标准模型，即关于最小尺度下粒子和相互作用的理论。该理论预测由于电荷共轭（C）和宇称（P）联合对称性的破缺，物质和反物质会以不同的方式相互作用。电荷共轭将粒子转变为其反物质粒子，而宇称变换则反转空间坐标。这一预测既适用于由夸克和反夸克组成的介子，也适用于由三个夸克组成的重子。然而，此前尽管已在多种介子衰变中发现了CP（电荷宇称）破缺，但在构成可观测宇宙的重子中，CP破缺尚未被观察到。

本研究基于欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机底夸克（LHCb）实验收集的数据，研究了对重子Λ0b衰变为pK−π+π−末态及其CP共轭过程。研究结果显示，Λ0b重子及其CP共轭反重子的衰变率之间存在显著不对称，标志着首次在重子衰变中观察到CP破缺，从而证明了重子和反重子的行为不同。在标准模型中，CP破缺源自卡比博-小林-益川（Cabibbo-Kobayashi-Maskawa，CKM）机制，而标准模型之外的新作用力或新粒子可能提供额外的贡献。这一发现为探索标准模型之外的物理学开辟了一条新途径。

取自LHCb官网

总之，该研究首次在B重子衰变过程中观测到CP破缺现象。CP破缺现象此前只在介子中发现过，未曾在重子（质子，中子等）发现，重子也是构成宇宙物质的主体，本次利用了2011-2018年间记录的质子对撞数据，得到的观测结果与零值偏离达5.2倍标准差，可以认为该重子衰变过程中存在CP破缺，本发现为领域内的一项重要突破。据了解，北京时间3月26日，欧洲核子研究中心专门召开了新闻发布会，正式公布了该结果；而在此前一天，该结果也已在国际电弱相互作用与统一理论会议上公布，据说该结果在会上引起了不小的轰动。LHCb官网报道中也将该成果评价为“First observation of CP violation in baryon decays – an important milestone in the history of particle physics（首次观察到重子衰变中的CP破坏——粒子物理学史上的一个重要里程碑）”。

LHCB是大型强子对撞机上的一个底夸克实验合作组，里面涉及人员众多，本次研究论文以实验合作组的名义发表（1000多位作者，以字母排序）。据了解，LHCB的中国研究团队主导了本次研究，为该重大成果做出了关键贡献。本次中方参与单位包括了北京大学，清华大学，华中师范大学，中国科学院大学和中科院物理所等等；在参与人员方面，既有杨雪婷等这样的博士、博士后，也有钱文斌、张艳席、谢跃红等助理教授，副教授和教授等，更有高原宁等院士，其中年轻人也是其中的主力。当然，这并不是该实验合作组中，中国科研团队首次做出重要成果了，在本次重磅成果之前，实验合作组的中国学者就曾贡献了首次发现五夸克态和双粲重子等重要成果。欧洲核子研究中心（CERN）也在官方报道中评价本次成果为“A new piece in the matter–antimatter puzzle（物质-反物质之谜的新线索）”。

值得一提的是，其实在本次预印版文章之前不久，该合作团队的前期研究成果便在本月12日发表在了《物理评论快报》(Physics Review Letter，PRL)上，并被重点推荐和报道。该研究利用LHCb实验在LHC第1-2运行期间收集到的质子-质子碰撞数据，找到了存在CP破坏的迹象（衰变率存在显著性为3.1倍标准偏差的差异）。而本次最新成果衰变率存在显著性则为5.2倍标准偏差的差异，可信度超99.9999%，可以称之为“发现”了。

来源：科技大满贯