科技日報記者 畢文婷
CP（角色配對）被破壞了！是哪家CP？又要有多少CP粉絲傷心？
別慌，此CP并不是網(wǎng)絡流行語中的情侶CP，而是一種粒子物理現(xiàn)象。C（Charge Conjugation）是指電荷共軛，P（Parity）即宇稱?！昂唵蝸碚f，C就是把粒子變成它的反粒子，比如電子變成正電子；P則像是給粒子照鏡子，鏡子里的粒子和實際粒子左右相反，呈現(xiàn)鏡像?！?月27日，接受科技日報記者采訪時，中國科學院院士、北京大學物理學院院長高原寧教授解釋道。
那CP破壞又是什么？華中師范大學教授謝躍紅進一步解釋，以前我們一直以為CP是對稱守恒的，也就是說同時交換正反粒子并將它們鏡像翻轉(zhuǎn)后，其物理規(guī)律應該保持不變。但是到了1964年，科學家發(fā)現(xiàn)這種對稱守恒其實并不完全正確。真實情況是，謝躍紅做了一個比喻，“如果粒子照鏡子，鏡子里的反粒子和鏡子外的粒子會作出不一樣的行為，比如鏡子外的粒子‘舉左手’，鏡子里的反粒子可能根本沒有‘舉手’?！?nbsp;
人類首次觀測到重子CP破壞
近日，歐洲核子研究中心（CERN）在第59屆國際電弱相互作用和統(tǒng)一理論會議上宣布，大型強子對撞機底夸克實驗（LHCb）合作組首次在重子衰變中觀測到了CP破壞現(xiàn)象，為解釋宇宙中正反物質(zhì)不對稱提供了新線索。這一發(fā)現(xiàn)由高原寧、謝躍紅帶領(lǐng)的中國研究團隊主導完成。
根據(jù)宇宙大爆炸理論，在138億年前，宇宙誕生時同時產(chǎn)生了等量的物質(zhì)與反物質(zhì)。但時至今日，我們所在的宇宙卻是一個由物質(zhì)主導的“天平傾斜”的世界?？茖W家認為，其核心可能在于正反粒子行為的細微差異，即CP破壞讓物質(zhì)比反物質(zhì)多留下了大約十億分之一，就像沙灘上的10億粒沙子里有1粒沒被海浪沖走，最終形成了恒星、地球和我們。這一謎題被《科學》期刊列入全世界最前沿125個科學問題。
當物質(zhì)與反物質(zhì)相遇，它們會互相湮滅，一起消失，并轉(zhuǎn)化為能量釋放，因此在我們可見的宏觀世界中已經(jīng)無法找到反物質(zhì)的身影，科學家只好把目光投向了微觀粒子世界。但是，自CP破壞理論提出后，科學家只在宇宙射線或加速器產(chǎn)生的介子（包含1個夸克和1個反夸克）——這類與我們現(xiàn)實世界關(guān)系不大的粒子中，發(fā)現(xiàn)了CP破壞現(xiàn)象，這讓科研工作者陷入了深深的懷疑。LHCb中國組選擇重子開展實驗研究，實現(xiàn)了突破。
尋找底重子就像在稻草堆里挑針
我們都聽說過原子、質(zhì)子、中子，但重子似乎少有人提及?！百|(zhì)子和中子都歸屬于重子?！敝x躍紅說，“實際上，重子由3個夸克組成，是構(gòu)成可見物質(zhì)的最主要成分。這是一種分類方式，并不是具體名稱，就像蘋果和橘子都是水果一樣?！?/p>
此次實驗中，研究團隊利用大型強子對撞機（LHC）模擬了宇宙大爆炸時的情形，產(chǎn)生一次又一次的小爆炸，獲得了4萬多個底重子衰變事例和相應的反粒子衰變事例，實驗發(fā)現(xiàn)正物質(zhì)重子與反物質(zhì)重子的衰變率不對稱性達2.45%，證明了重子衰變過程中會發(fā)生CP破壞現(xiàn)象。
參與實驗的中國科學院大學副教授錢文斌將篩選重子對的過程比喻為“在稻草堆里挑針”。“每秒鐘可能產(chǎn)生上千萬次事例，但大部分是噪聲。從最早的取數(shù)到挑出這8萬多個信號事例并進行分析，我們做了10多年?！北本┐髮W助理教授張艷席補充道。
“其實，中國團隊很早就瞄準了這個關(guān)鍵科學問題，前瞻布局，分析了10余種衰變過程，最終在1個底重子衰變?yōu)?個重子和3個介子的過程中清晰地看到了CP破壞現(xiàn)象?！鼻迦A大學副教授張黎明說。
CERN認為，這一結(jié)果有助于我們進一步認知宇宙演化過程，是人類探索基本對稱性破壞歷程中一座新的里程碑。
與現(xiàn)有理論有差別？
此次發(fā)現(xiàn)重子衰變中的CP破壞，不僅驗證了粒子物理標準模型的預言，更為探索超越標準模型的新物理現(xiàn)象開辟了嶄新路徑。未來，LHCb中國組還將在現(xiàn)有實驗基礎(chǔ)上進行更精確的檢驗，進一步發(fā)現(xiàn)其與現(xiàn)有理論之間的細微差別。
高原寧解釋，第一步我們看到了重子CP破壞，這和理論預期是一致的?！暗F(xiàn)在的問題是，CP破壞的程度是否與理論嚴格一樣。我們希望能夠找到一些差別。粒子物理現(xiàn)有理論應該存在不足。如果完全按照現(xiàn)有理論發(fā)展到今天，我們的宇宙應該比如今小得多?！?/p>
相信隨著技術(shù)與實驗性能的迭代升級，科學家將在更高的精度下解析CP破壞機制，重構(gòu)138億年前決定物質(zhì)存續(xù)的關(guān)鍵瞬間，早日破解宇宙中正反物質(zhì)不對稱之謎。高原寧希望，將來能夠由我國建造這樣一個大型對撞機，主導國際合作研究，“讓各國頂尖科研人員都來站站C位，這也是中華文明為推動整個世界文明進步應該作出的貢獻。”
