有關(guān)今年3月人類首次在重子衰變過程中觀測到CP對稱性破缺這一重大發(fā)現(xiàn)，在今年7月被正式發(fā)表在著名科學(xué)期刊《自然》上。該發(fā)現(xiàn)由歐洲核子研究中心的大型強子對撞機底夸克實驗合作組的科學(xué)家們獲得，這是人類首次確鑿地觀測到重子CP對稱性破缺現(xiàn)象。

科學(xué)家們利用能夠精確追蹤重子衰變過程的探測器，對大量的重子衰變過程進行了細致的研究。通過分析大量的質(zhì)子-質(zhì)子對撞數(shù)據(jù)，研究團隊鎖定了一種叫做Λb0重子的粒子。這種粒子的夸克組成與質(zhì)子類似，但其中一個上夸克被替換為底夸克�？茖W(xué)家觀察了Λb0重子衰變成一個質(zhì)子、一個K介子和兩個π介子的過程，以及其反物質(zhì)的衰變過程。最終確認，Λb0重子和它的反物質(zhì)粒子之間的衰變速率存在非常顯著的差異，不對稱性達2.45%。

雖然很早便有關(guān)于重子CP破缺的理論預(yù)測，但此前人類僅在介子衰變過程中觀測到該現(xiàn)象，從未在重子中觀測到，此次發(fā)現(xiàn)成功填補了相關(guān)領(lǐng)域的空白。

CP對稱性是指電荷共軛C和宇稱P的聯(lián)合變換不變性。簡單來說，電荷共軛變換就是將粒子替換為其反粒子，比如將電子變?yōu)檎娮樱挥罘Q變換則像是照鏡子，把一個粒子的空間坐標(biāo)進行鏡像反轉(zhuǎn)。CP對稱性認為，在經(jīng)過這兩種變換之后，物理規(guī)律應(yīng)該保持不變。也就是說，一個由正物質(zhì)組成的系統(tǒng)和一個由反物質(zhì)組成的“鏡像”系統(tǒng)，它們的物理行為應(yīng)該是完全相同的。

但在1964年，科學(xué)家們在含奇夸克的K介子衰變中首次發(fā)現(xiàn)了CP對稱性破缺現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)當(dāng)時震驚了科學(xué)界，它表明CP對稱性并不是絕對成立的，正物質(zhì)和反物質(zhì)在某些情況下的行為確實存在差異。此后，CP破缺現(xiàn)象又相繼在含底夸克的B介子、含粲夸克的D介子中被觀測到。

介子和重子均是由夸克構(gòu)成的復(fù)合粒子。與由一對正反夸克組成的介子相比，由三個夸克或者三個反夸克組成的重子，其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，且重子衰變過程涉及多個強相互作用和弱相互作用的耦合，所以對重子衰變過程的理論預(yù)測和實驗觀測比介子更加困難，這導(dǎo)致科學(xué)家在過去幾十年內(nèi)一直未能獲得重子CP對稱性破缺現(xiàn)象的確鑿證據(jù)。直到今年，這一理論預(yù)測才終于得到的確鑿實驗觀測數(shù)據(jù)驗證。

人類所熟悉的這個世界由原子構(gòu)成，而構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子均是重子，這一發(fā)現(xiàn)的重要性不言而喻，意味著人類在粒子物理學(xué)領(lǐng)域又邁出了重要一步，這有助于人類更好地理解宇宙正反物質(zhì)不對稱之謎。

科學(xué)界的主流觀點認為，我們的宇宙誕生于一次大爆炸。按照常理，在138億年前宇宙誕生之初，物質(zhì)與反物質(zhì)應(yīng)該是等量存在的。但問題是正物質(zhì)與反物質(zhì)一旦相遇，就會發(fā)生湮滅，轉(zhuǎn)化為能量。如果宇宙一直這樣運行下去，那最終宇宙將只剩下能量，而不會有任何物質(zhì)留存，更不會有后來的恒星、行星，乃至生命的誕生。然而，我們?nèi)缃袼幍挠钪鎱s是一個幾乎完全由正物質(zhì)主導(dǎo)的世界。從我們腳下的地球，到夜空中閃爍的繁星，都是由正物質(zhì)構(gòu)成的。反物質(zhì)仿佛只是宇宙中的“稀客”，極為罕見。

也許正是在宇宙誕生后的極早期，重子CP對稱性破缺使得正物質(zhì)和反物質(zhì)的衰變速率出現(xiàn)了微小的差異。隨著時間的推移，這種微小的差異被不斷放大，最終導(dǎo)致了正物質(zhì)在宇宙中占據(jù)了主導(dǎo)地位。從這種意義上來講，正是不對稱創(chuàng)造了這個世界！

根據(jù)蘇聯(lián)物理學(xué)家安德烈·薩哈羅夫1967年提出的理論，宇宙物質(zhì)主導(dǎo)地位的形成必須滿足三個條件，分別是重子數(shù)不守恒、CP對稱性破缺和偏離熱平衡。

其中，CP對稱性破缺已經(jīng)在諸多實驗中得到驗證。偏離熱平衡使得微小不對稱得以放大，廣義相對論和量子場論均從理論上支持這一條件，認為隨著宇宙的膨脹和冷卻，必然會趨向于非平衡態(tài)；宇宙微波背景輻射的微小各向異性也表明，宇宙在早期并非處于完全的熱平衡狀態(tài)。重子數(shù)不守恒，即宇宙早期必須存在某種機制，使得產(chǎn)生重子與反重子的過程不完全對稱，這能為正物質(zhì)主導(dǎo)宇宙奠定基礎(chǔ)，但目前尚未有直接的實驗證據(jù)能證明這一點。

雖然宇宙正反物質(zhì)不對稱之謎并沒有得到完全解決，但重子CP破缺的成功驗證已經(jīng)讓人類離解開謎題更近一步。此外，這類研究可能為探索標(biāo)準(zhǔn)模型之外的物理學(xué)提供了可能。