我国学者与海外合作者在粒子物理实验研究中取得进展

图 Λ_b⁰重子（a）及其反物质粒子anti-Λ_b⁰重子（b）的不变质量谱

　　在国家自然科学基金项目（批准号：11925504，12061141007，12188102）等资助下，北京大学物理学院高原宁教授团队与国内外合作者在大型强子对撞机底夸克实验（LHCb）上观测到重子衰变中的电荷共轭-宇称联合变换对称性（CP）破坏现象。相关成果以“发现重子衰变中电荷共轭-宇称联合对称性破坏现象（Observation of charge-parity symmetry breaking in baryon decays）”为题，于2025年7月16日在线发表于《自然》（Nature）期刊。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09119-3。

　　138亿年前的宇宙大爆炸本应产生等量的正物质与反物质，然而如今的可观测宇宙几乎完全由正物质主导，而没有反物质。自1956年李政道和杨振宁提出弱相互作用下宇称不守恒理论后，对基本对称性破坏机制的探索一直是粒子物理学前沿的重大科学问题。重子作为构成可见物质的基本单元，六十多年来人们从未发现其CP破坏的迹象。

　　研究团队与理论物理学家密切配合，系统遴选出对CP破坏具有高灵敏度的一系列底重子衰变，并基于大型强子对撞机上的LHCb探测器采集到的质子-质子对撞海量数据，对底重子Λ_b⁰衰变为质子、K介子和两个π介子过程及相应的反物质对称过程开展深入研究。在采用机器学习算法高效识别信号事例、有效抑制背景干扰的基础上，巧妙地引入一个CP破坏几乎为0的参考衰变过程，通过测量信号与参考衰变之间的相对CP破坏，大幅提升测量精度，首次明确揭示了重子体系中的 CP 破坏现象。Λ_b⁰重子及其反物质粒子anti-Λ_b⁰重子的不变质量谱表明，正、反粒子的产额显著不同，主要来自于Λ_b⁰衰变的CP破坏效应。

　　该研究成果不仅验证了粒子物理标准模型的预言，更为探索超越标准模型的新物理现象开辟了崭新的路径，被认为是人们理解正物质与反物质之间存在着微妙而深刻差异的新里程碑。