我們都知道，宇宙中充滿了物質(zhì)，所有星系、行星，甚至我們自身，都是由普通的原子組成的。
然而，按照理論，宇宙在大爆炸之初應(yīng)該誕生了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。
這就引出了一個大問題——反物質(zhì)去哪了？為什么我們看到的宇宙幾乎全是普通物質(zhì)，而不是一片空蕩蕩的虛無？
這個問題一直是物理學(xué)界的終極之謎之一。
3月24號，歐洲核子研究中心（CERN）的LHCb實驗團隊終于找到了突破口——他們首次在重子（即由三個夸克組成的粒子，如質(zhì)子、中子）中觀測到了“電荷-宇稱（CP）破壞”的現(xiàn)象。
物理學(xué)家早就知道，每一種普通粒子都有一個“孿生兄弟”——反粒子。
反粒子的質(zhì)量和普通粒子相同，但電荷相反，比如電子的反粒子是帶正電的正電子，質(zhì)子的反粒子則是帶負電的反質(zhì)子。
在正常情況下，物質(zhì)和反物質(zhì)應(yīng)該對稱存在，一旦相遇，它們會發(fā)生湮滅，釋放出巨大的能量。
然而，現(xiàn)實中的宇宙明顯不是這樣的。
因為如果物質(zhì)和反物質(zhì)真的完全對稱，我們就不會存在，地球、太陽系、銀河系，甚至整個宇宙都不會存在。
這意味著，一定有某種機制打破了這種對稱性，使得物質(zhì)在宇宙早期占了上風(fēng)。
早在上世紀60年代，科學(xué)家們就在介子（一種由夸克-反夸克對組成的粒子）中觀察到了CP破壞現(xiàn)象。
CP破壞意味著粒子和它的反粒子在衰變時表現(xiàn)得并不完全對稱，某種物理機制導(dǎo)致物質(zhì)比反物質(zhì)多了一點點。
雖然這個發(fā)現(xiàn)令人振奮，但它所能解釋的物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱性遠遠不夠。于是，科學(xué)家們一直在尋找CP破壞是否也發(fā)生在重子中。
現(xiàn)在，LHCb團隊終于在一種叫做“美-拉姆達重子”（Λb）的粒子上找到了明確證據(jù)。
這種粒子由上夸克（u）、下夸克（d）和美夸克（b）組成，它的反粒子則由相應(yīng)的反夸克構(gòu)成。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在這些粒子的衰變過程中，物質(zhì)和反物質(zhì)的行為有細微但顯著的不同。
要發(fā)現(xiàn)這種細微的不對稱性并不容易。
研究團隊分析了大型強子對撞機（LHC）在2009-2013年和2015-2018年間產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，總共篩選了超過80,000次Λb衰變事件，并計算它們與反Λb衰變事件的比率。
最終，他們發(fā)現(xiàn)，Λb和反Λb的衰變比率存在2.45%的偏差，并且這一偏差的統(tǒng)計顯著性達到了5.2個標(biāo)準偏差（5.2σ）——這是一個足以被科學(xué)界接受為“發(fā)現(xiàn)”的水平。
這一結(jié)果首次證明了重子中也存在CP破壞，并且這一破壞的程度比標(biāo)準模型預(yù)測的要大得多。這意味著，或許在標(biāo)準模型之外，還存在更深層的物理機制，在影響著宇宙中的物質(zhì)-反物質(zhì)比例。
雖然這項研究令人興奮，但它也帶來了新的難題。
根據(jù)標(biāo)準模型的預(yù)測，即便考慮到CP破壞的效應(yīng)，宇宙中的物質(zhì)仍然不應(yīng)該比反物質(zhì)多這么多。
換句話說，LHCb的發(fā)現(xiàn)表明，可能存在一種尚未被發(fā)現(xiàn)的“新物理”機制，在早期宇宙中進一步破壞了物質(zhì)與反物質(zhì)的對稱性。
如果未來的實驗?zāi)軌蜃C實這一點，那將意味著標(biāo)準模型并不完整，我們需要新的理論來解釋宇宙的起源。這也是LHC未來實驗的重要目標(biāo)之一——尋找超越標(biāo)準模型的物理現(xiàn)象。
CERN研究主管Joachim Mnich表示：“這一發(fā)現(xiàn)再次證明了LHC的科學(xué)潛力。它為探索宇宙中物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱性提供了全新的工具。”
那么，這一研究成果對普通人來說有什么意義呢？
簡單來說，它幫助我們更好地理解了宇宙為何是現(xiàn)在這個樣子。
如果在宇宙早期物質(zhì)和反物質(zhì)真的完全對稱，它們會彼此湮滅，宇宙中將只剩下一團輻射，根本不會形成任何星系、行星，甚至不會有我們?nèi)祟惖拇嬖凇?/p>
而CP破壞的存在，意味著宇宙中某種未知機制讓物質(zhì)比反物質(zhì)多了一點點，這一點點的優(yōu)勢，最終造就了我們所看到的宇宙。
這不僅是基礎(chǔ)物理學(xué)上的一個重要發(fā)現(xiàn)，也可能在未來影響我們的技術(shù)發(fā)展。比如，進一步研究這些現(xiàn)象，可能會幫助我們更好地理解粒子物理，甚至在未來推動核能技術(shù)、量子計算、甚至反物質(zhì)能源的開發(fā)。
盡管LHCb的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)令人興奮，但科學(xué)家們并不滿足于此。
未來，LHC還將繼續(xù)升級，對更多的粒子進行更精確的測量。同時，世界各國也在計劃建造比LHC更大的粒子對撞機，比如中國的環(huán)形正負電子對撞機（CEPC）和歐洲的未來圓形對撞機（FCC），它們可能會進一步揭示宇宙起源的秘密。
CERN的LHCb發(fā)言人Vincenzo Vagnoni表示：“我們觀察到的CP破壞現(xiàn)象只是冰山一角，未來如果能在更多的粒子系統(tǒng)中觀測到類似現(xiàn)象，我們就有更多機會測試標(biāo)準模型，并尋找超出標(biāo)準模型的新物理?！?/p>
換句話說，我們剛剛打開了一扇探索宇宙奧秘的大門，而門后隱藏的，可能是一整套全新的物理定律。
今天，我們可能只是看到了宇宙為何偏向物質(zhì)的一點端倪，但明天，或許就能找到真正讓宇宙存在的“終極規(guī)則”。
正如科學(xué)家所說，物理學(xué)的每一個新發(fā)現(xiàn)，都是人類理解世界的一次巨大飛躍。而CP破壞的研究，或許會讓我們站在一個全新的起點，向著宇宙最深處的秘密邁進。
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