摘要：这项发现是在日内瓦附近 CERN 的大型强子对撞机 （LHC） 中发现的，它揭示了质子和中子的一个短命表亲，即美 lambda 重子，其衰变速度与其反物质对应物不同。

长期以来，在我们的宇宙中，物质为何会压倒反物质，一直是物理学家的一个重大宇宙之谜。世界上最大的粒子对撞机的一项新发现揭示了一条线索。

一位艺术家在大型强子对撞机中粒子碰撞的插图（图片来源：Shutterstock）

世界上最大的粒子加速器的物理学家首次发现了反物质，这可能有助于解开宇宙中最大的谜团之一。

这项发现是在日内瓦附近 CERN 的大型强子对撞机 （LHC） 中发现的，它揭示了质子和中子的一个短命表亲，即美 lambda 重子，其衰变速度与其反物质对应物不同。

这种效应称为电荷奇偶性 （CP） 违规，指的是带相反电荷的粒子（如物质和无离子物质）的行为不同。这是解释为什么物质能够在早期宇宙中支配反物质的关键解释——没有它，宇宙将是一个空虚。

尽管这是我们最初存在的关键原因，但粒子物理学标准模型预测的 CP 违规量太小，无法解释我们宇宙中物质的丰度。

更重要的是，这种违规行为以前只在由夸克-反夸克对组成的粒子（称为介子）中检测到。它尚未在重子中观察到，重子是构成宇宙大部分可见物质的三夸克粒子，例如质子和中子。

这种史无前例的检测改变了这一点，可能为搜索标准模型以外的物理学开辟了一条途径。研究人员于 3 月 24 日在意大利 La Thuile 举行的 Rencontres de Moriond 会议上展示了他们的发现，并在预印本服务器 arXiv 上发布了一项未经同行评审的研究。

“在重子中观察到 CP 违规的时间比在介子中花费的时间更长的原因在于效应的大小和可用数据，”进行检测的大型强子对撞机 （LHCb） 实验的发言人文森佐·瓦格诺尼 （Vincenzo Vagnoni） 在一份声明中说。“我们经历了 80,000 多次重子衰变，才第一次看到了这类粒子的物质-反物质不对称性。”

根据宇宙学的标准模型，在大爆炸之后，年轻的宇宙是物质和反物质粒子的翻腾等离子体汤，它们突然出现，并在接触时相互湮灭。

理论预测，这个等离子体汤中的物质和反物质应该已经完全湮灭了对方。但科学家们认为，一些未知的不平衡——可能是在涉及弱核力的衰变中违反了 CP——使得产生的物质多于反物质，使其免于自我毁灭。

为了寻找重子中的 CP 违例，LHCb 的研究人员梳理了 2009 年至 2018 年间发生的无数粒子相互作用（质子每秒碰撞约 2500 万次）的数据。

他们通过寻找其衰变产物（一个质子、一个 kaon 和一对带相反电荷的介子）以及相应的反物质对应物的衰变所形成的明显路径，统计了 beauty-lambda 重子的衰变。

他们的分析表明，美 lambda 重子和反美 lambda 重子的衰变数之间的差异从零开始为 2.45%，不确定性约为 0.47%。这被测量到 5.2 西格玛的统计显着性，超过了物理学家用作预示新发现的“黄金标准”的五西格玛结果。

随着这一发现的确定，物理学家表示，当 LHC 在 2030 年再次启动时，他们将寻找更多的 CP 违规行为，并收集有关可能使我们的宇宙存在的关键机制的进一步数据。

“我们观察到 CP 违规行为的系统越多，测量结果越精确，我们就越有机会测试标准模型并寻找超越它的物理学，”Vagnoni 说。“在重子衰变中首次观察到 CP 违例，为进一步理论和实验研究 CP 违例的性质铺平了道路，有可能为标准模型以外的物理学提供新的约束。”

来源：科学搬运员