我們現在離理解 Universe 如何避免反物質啟示。CERN 的科學家們發現了物理學處理物質和反物質的方式存在根本差異的誘人線索。

大型強子對撞機 （LHC） 的實驗已經驗證了稱為重子的粒子的物質和反物質形式之間的不對稱性。

這種效應被稱為電荷平價 （CP） 違規，以前只在另一個粒子類，稱為介子.但是，構成宇宙物質大部分的重子的實驗證據是物理學家所擁有的一直在尋找.

“它表明物質和反物質之間的細微差異存在于更廣泛的粒子中，這表明物理學的基本定律對重子和反重子的處理方式不同，”歐洲核子研究組織物理學家、該研究的第一作者楊雪婷告訴 ScienceAlert。

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"宇宙中的物質-反物質不對稱性要求重子中的 CP 違背，因此這一發現是測試我們當前理論的完整性的關鍵一步，也是探索新物理學是否可能隱藏在我們以前沒有足夠仔細觀察的地方的關鍵一步。

為了發現這一發現，該團隊分析了 2011 年至 2018 年間在 LHC 收集的數據中的大約 80,000 個粒子衰變事件。研究人員專注于稱為 lambda-beauty （Λb） 重子的粒子及其對應的反物質，尋找它們衰變方式存在差異的任何跡象。

如果 CP 是對稱的，則粒子的物質和反物質形式都應該衰變成相同的 - 如果是鏡像的 - 產物。

然而，該團隊發現物質和反物質重子衰變之間存在 2.5% 的相對差異。

“這聽起來可能很小，但結果是具有統計學意義夠了，“楊說。“它表明 Λb 和抗 Λb 的衰變方式不完全相同，這提供了對重子中 CP 違例的觀察。”

重要的是，該發現達到了 5.2 西格瑪的統計學意義。這意味著觀察到的效果來自隨機波動的幾率僅為 1000 萬分之一。

這一發現對物理學具有重大影響——包括諸如“我們為什么在這里”等基本問題。

盡管它的名字很怪異，但反物質應該是平凡的。它與常規物質的主要區別在于具有相反的電荷。但這個看似微不足道的細節意味著，如果兩者相遇，他們將在一股能量中相互殲滅。

理論上，Big Bang不應該偏愛一個而不是另一個，同時產生等量的物質和反物質。如果是這樣的話，宇宙的全部內容都應該有將自己炸得被遺忘在存在的最初幾分鐘，留下宇宙一個非常空曠的地方。

由于這顯然沒有發生，似乎有一些未知因素介入，因此產生的物質比反物質略多。今天存在的一切都——從星系到沙粒——都是由在早期湮滅中幸存下來的一小部分組成的。

在一個簡單的宇宙中，反轉粒子的電荷坐標和空間坐標——基本上，無論是物質還是反物質——都不應該改變它在物理定律下的行為方式。

這個概念被稱為CP 對稱性，雖然它曾經被認為與能量守恒一樣不變，但標準型號自 20 世紀中葉以來的物理學。

“CP 違規是解釋物質-反物質不對稱所需的基本要素之一。然而，物理學家估計，自然界中 CP 違規的數量必須比粒子物理學標準模型預測的要大得多，“楊說。

“這強烈表明，必須存在標準模型之外的新物理場，從而提供額外的 CP 違規來源。研究不同系統（包括重子）中的 CP 違規，為標準模型提供了重要的測試，并可能提供超越標準模型的新物理學的提示。

例如，反物質有可能被引力排斥而不是被吸引——這意味著它會下落向上.為了驗證這個想法，CERN 物理學家之前進行了“跌落”測試并發現反物質確實像普通物質一樣落下。在這方面，沒有違反 CP。

但新的探測表明，某些東西確實會導致物質和反物質以不同的方式衰變。這一期待已久的確認令人興奮，但仍然不夠。

“在重子衰變中觀察到的 CP 違例——就像在 LHCb 的新結果中一樣——與標準模型的預測一致，因此它沒有提供足夠的 CP 違例來自行解決物質-反物質難題，”楊說。“但它為重子領域的 CP 違規行為打開了一扇新窗口，這在很大程度上是未被探索的。”

“物理學家正在尋找超出粒子物理學標準模型預測的 CP 違規的新來源。發現這樣的來源可能會導致新的物理學。

該研究發表在雜志上自然界.

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