粒子物理學的標準模型預測物質和反物質之間的不對稱性，稱為電荷宇稱（CP）破壞。但標準模型中這種不對稱性的大小不足以解釋不平衡，並且迄今為止僅在稱為介子的粒子的某些衰變中觀察到不對稱性。在兩項新研究中，來自物理學家LHCb 合作CERN 的大型強子對撞機 (LHC) 在重子衰變和美強子衰變成粲素粒子的過程中發現了 CP 破壞的證據，為解開物質與反物質之謎的這兩部分提供了線索。
LHCb 探測器視圖。圖片來源：CERN。
包括 LHCb 在內的實驗此前曾通過尋找物質和反物質重子衰變成其他粒子的方式的差異來尋找重子中的 CP 破壞。
但到目前為止，這些搜尋基本上都是空手而歸。
儘管一項 LHCb 研究提供了底部 lambda 重子特定衰變過程的證據，但在隨後分析此類衰變更大樣本的研究中，這一證據並沒有增加。
在第一項新研究之後，LHCb 物理學家篩選了 LHC 第一次和第二次運行期間獲取的質子-質子碰撞數據，以尋找底部 lambda 重子的不同衰變模式，包括其衰變為 lambda 重子和兩個 kaon。
然後，他們通過計算底部 lambda 重子及其反物質夥伴的衰變次數併計算兩者之間的差值來尋找每種衰變模式中的 CP 破壞。
對於衰變成 lambda 重子和兩個 kaon，這種差異顯示了 CP 破壞的證據，顯著性為 3.2 個標準差。
在第二次研究之後，LHCb 團隊將注意力轉向帶電美介子衰變成 J/psi 和帶電介子。
J/psi 是一種粲粒子——一種由粲夸克和粲反夸克組成的介子。
通過進行與底部 lambda 重子研究類似的分析，並使用大型強子對撞機第一次和第二次運行的數據，他們發現了帶電介子衰變模式中 CP 破壞的證據，其顯著性再次為 3.2 個標準差。
這一發現代表了美強子衰變為粲離子粒子過程中CP破壞的證據。
作者說：“我們的研究標誌著在確定這些類型的衰變中是否存在 CP 破壞方面邁出了重要一步。”
“大型強子對撞機第三次運行以及對撞機計劃升級的高亮度大型強子對撞機的數據將進一步揭示物質與反物質之謎的這些和其他部分。”
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LHCb 合作。 2024. Λ0b 和 Ξ0b 衰變到 Λh+h'− 的研究以及 Λ0b→ΛK+K− 中 CP 破壞的證據衰變。 arXiv：2411.15441
LHCb 合作。 2024 年。第一個證據證明美麗到粲素衰變的直接 CP 破壞。 arXiv：2411.12178
