大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)報(bào)告迄今最大正反物質(zhì)不對(duì)稱現(xiàn)象

據(jù)歐洲核子研究中心官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）上底夸克探測(cè)器（LHCb）實(shí)驗(yàn)合作組宣布，他們觀察到迄今最大的正反物質(zhì)不對(duì)稱現(xiàn)象，有助進(jìn)一步揭示宇宙為何由物質(zhì)而非反物質(zhì)組成。

LHCb實(shí)驗(yàn)合作組成員之一、清華大學(xué)工程物理系副教授張黎明解釋稱，電荷共軛—宇稱（CP）不對(duì)稱已成為粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的重要組成部分。如果沒(méi)有它，宇宙大爆炸會(huì)產(chǎn)生等量的正反物質(zhì)，它們相遇后會(huì)彼此湮滅。而要產(chǎn)生一個(gè)由物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙，一定有更多物質(zhì)形成并在這場(chǎng)湮滅中幸存下來(lái)，由此正反物質(zhì)之間必須存在一些差異，即CP不對(duì)稱必然存在。

但粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中存在的CP不對(duì)稱情況不足以解釋我們觀測(cè)到的宇宙成分，因此科學(xué)家紛紛開(kāi)始尋找CP不對(duì)稱的其他來(lái)源。LHCb實(shí)驗(yàn)的目的之一，就是研究CP不對(duì)稱現(xiàn)象，深入理解宇宙中正反物質(zhì)不對(duì)稱性的來(lái)源。

近日，LHCb合作組提交了帶電B介子無(wú)粲夸克三體衰變中CP不對(duì)稱研究的新結(jié)果。在這一衰變中，一個(gè)帶電B介子（由一個(gè)反底夸克和一個(gè)上夸克組成）會(huì)衰變成π介子和K介子的組合。所謂“無(wú)粲夸克”指一個(gè)底夸克衰變成一個(gè)上夸克，這一過(guò)程不太可能發(fā)生，因?yàn)榈卓淇酥饕プ優(yōu)轸涌淇?。因此在這一罕見(jiàn)過(guò)程中，CP不對(duì)稱會(huì)表現(xiàn)得更明顯。

結(jié)果在帶電B介子衰變?yōu)閮蓚€(gè)K介子和一個(gè)π介子時(shí)，合作組觀察到了最強(qiáng)的全局不對(duì)稱性，其中帶電B介子衰變?yōu)?pi;介子、K介子和反K介子的幾率比反B介子衰變?yōu)榉?pi;介子、K介子和反K介子的幾率高約20%。而在衰變?yōu)槿齻€(gè)π介子和衰變?yōu)槿齻€(gè)K介子時(shí)，他們還觀察到了全局CP不對(duì)稱性，其顯著性首次超過(guò)五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，即“5—西格瑪”，表示新發(fā)現(xiàn)的置信度可以達(dá)到99.9999%。不過(guò)，針對(duì)衰變成兩個(gè)π介子和一個(gè)K介子的情況，CP不對(duì)稱仍然沒(méi)有得到確認(rèn)。

研究人員指出，最新結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)模型中CP不對(duì)稱產(chǎn)生的機(jī)制提供了重要線索，LHC“王者歸來(lái)”，新升級(jí)的LHCb探測(cè)器或有助他們開(kāi)展更詳細(xì)的研究。