CP被破坏了！是哪家CP？又要有多少CP粉伤心？
别慌，此CP并不是网络流行语中的情侣CP，而是一种粒子物理现象。C（Charge Conjugation）是指电荷共轭，P（Parity）即宇称。“简单来说，C就是把粒子变成它的反粒子，比如电子变成正电子；P则像是给粒子照镜子，镜子里的粒子和实际粒子左右相反，呈现镜像。”3月27日，在接受科普时报记者采访时，中国科学院院士、北京大学物理学院院长高原宁教授解释道。
图为利用大型强子对撞机（LHC）模拟宇宙大爆炸时的情形，产生了大量正反重子，这些重子在极短时间内发生衰变。科研人员在这一过程中观察到CP破坏现象。（受访者供图）
那CP破坏又是什么？华中师范大学教授谢跃红进一步解释，以前我们一直以为CP是对称守恒的，也就是说同时交换正反粒子并将它们镜像翻转后，其物理规律应该保持不变。但是到了1964年，科学家发现这种对称守恒其实并不完全正确。真实情况是——谢跃红做了一个比喻：“如果粒子照镜子，镜子里的反粒子和镜子外的粒子会做出不一样的行为，比如镜子外的粒子‘举左手’，镜子里的反粒子可能根本没‘举手’。”
人类首次观测到重子CP破坏
近日，欧洲核子研究中心（CERN）在第59届国际电弱相互作用和统一理论会议上宣布，大型强子对撞机底夸克实验（LHCb）合作组首次在重（zhònɡ）子衰变中观测到了CP破坏现象，为解释宇宙中正反物质不对称提供了新的线索。这一发现由高原宁、谢跃红带领的中国研究团队主导完成。
根据宇宙大爆炸理论，在138亿年前，宇宙诞生时同时产生了等量的物质与反物质。但时至今日，我们所在的宇宙却是一个由物质主导的“天平倾斜”的世界。科学家认为，其核心可能在于正反粒子行为的细微差异，即CP破坏让物质比反物质多留下了大约十亿分之一，就像沙滩上的10亿粒沙子里有1粒没被海浪冲走，最终形成了恒星、地球和我们。这一谜题被《科学》期刊列入全世界最前沿的125个科学问题。
当物质与反物质相遇，它们会互相湮灭，一起消失，并转化为能量释放。因此，在我们可见的宏观世界中已经无法找到反物质的身影，科学家只好把目光投向了微观粒子世界。
但是，自CP破坏理论提出后，科学家只在宇宙射线或加速器产生的介子（包含1个夸克和1个反夸克）——这类与我们现实世界关系不大的粒子中，发现了CP破坏现象，这让科研人员陷入了深深的怀疑。LHCb中国组选择重子开展实验研究，实现了突破。
寻找底重子就像在稻草堆里挑针
我们都听说过原子、质子、中子，但重子似乎少有人提及。“质子和中子都归属于重子。”谢跃红说，“实际上，重子由3个夸克组成，是构成可见物质的最主要成分。重子是一种分类方式，并不是具体名称，就像苹果和橘子都属于水果一样。”
此次实验中，研究团队利用大型强子对撞机（LHC）模拟了宇宙大爆炸时的情形，产生一次又一次的小爆炸，获得了4万多个底重子（包含一个底夸克的重子）衰变事例和相应的反粒子衰变事例，实验发现，正物质重子与反物质重子的衰变率不对称性达2.45%，证明了重子衰变过程中会发生CP破坏现象。
参与实验的中国科学院大学副教授钱文斌将筛选重子的过程比喻为“在稻草堆里挑针”。“每秒钟可能产生上千万次事例，但大部分是噪声。从最早的取数到挑出这8万多个信号事例并进行分析，我们做了10多年。”北京大学助理教授张艳席补充道。
“其实，中国团队很早就瞄准了这个关键科学问题，前瞻布局，分析了10余种衰变过程，最终在1个底重子衰变为1个重子和3个介子的过程中清晰地看到了CP破坏现象。”清华大学副教授张黎明说。
CERN认为，这一结果有助于我们进一步认知宇宙演化过程，是人类探索基本对称性破坏历程中一座新的里程碑。
希望找到CP破坏与现有理论的差别
此次发现重子衰变中的CP破坏，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路径。未来，LHCb中国组还将在现有实验基础上进行更精确的检验，进一步发现其与现有理论之间的细微差别。
高原宁解释，第一步我们看到了重子CP破坏，这和理论预期是一致的。“但现在的问题是，CP破坏的程度是否与理论严格一样。我们希望能够找到一些差别。粒子物理现有理论应该存在不足。如果完全按照现有理论发展到今天，我们的宇宙会比如今小得多。”
相信随着技术与实验性能的迭代升级，科学家将在更高的精度下解析CP破坏机制，重构138亿年前决定物质存续的关键瞬间，早日破解宇宙中正反物质不对称之谜。
高原宁希望，将来我国也能够建造这样一个大型强子对撞机，以科技创新的“中国力量”引领国际科研协作。通过构建开放共享的全球科学平台，吸引各国顶尖科研团队共同探索宇宙奥秘。这也是中华文明为推动整个世界文明进步应该作出的贡献。
来源：科普时报
作者：毕文婷
编辑：吴桐
审核：王飞
终审：尹传红
