科學家在歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機（LHC）首次觀察到重子行為的基本不對稱性，這些重子是構成所有可見物質的粒子。這一發現為解開物理學中的一個關鍵謎題提供了證據：為何宇宙以物質為主導。
這種不對稱性被稱為電荷-宇稱（CP）違反，顯示物理定律對物質及其反物質的對應物的對待方式存在差異。
科學家在一項新研究中指出：「粒子物理學標準模型——描述最小尺度粒子及其相互作用的理論——預測物質和反物質因電荷共軛（C）和宇稱（P）結合對稱性的違反而以不同方式相互作用。」
首次在重子中檢測到
雖然這一效應早前已在稱為介子（mesons）的粒子中觀察到，但在重子中檢測到是首次，這是解釋宇宙如何在其初始時刻存活下來的一步。
研究指出：「儘管在各種介子衰變中發現了 CP 違反，但在構成可觀察宇宙的重子中尚未觀察到。」
這一發現對於一些基本問題具有重要意義，包括為何物質存在。理論上認為，大爆炸產生了等量的物質和反物質。由於兩者在接觸時會相互湮滅，這應該使宇宙只剩下能量。今天物質的存在意味著某種因素使得其中的一部分得以存活。CP 違反被認為是這一過程所必需的組成部分。
漫長的過程
這一發現源於對 2011 年至 2018 年之間記錄的約 80,000 次粒子衰變事件的分析。物理學家團隊專注於 lambda-beauty 重子（Λb）及其反物質版本。
LHCb 發言人 Vincenzo Vagnoni 解釋道：「觀察重子中的 CP 違反比在介子中花費更長時間，這是由於效應的大小和可用數據的限制。」
「我們需要超過 80,000 次重子衰變才能首次看到這類粒子的物質-反物質不對稱性。」
通過比較衰變過程，研究人員發現了 2.5% 的相對差異，這表明 Λb 重子及其反粒子的衰變方式並不相同。
該結果的統計顯著性為 5.2 西格瑪，這一數值達到粒子物理學中通常用於發現的閾值，表明觀察結果隨機波動的概率約為一千萬分之一。
進一步的理論和實驗研究
觀察到的重子 CP 違反本身不足以解釋宇宙中的物質-反物質不平衡。檢測到的不對稱量與粒子物理學標準模型的預測相符。
物理學家估計，解釋當前物質主導地位需要更大程度的 CP 違反。這表明可能需要超越標準模型的物理學來提供其他 CP 違反的來源。
Vagnoni 結尾指出：「在重子衰變中首次觀察到的 CP 違反為進一步的理論和實驗研究 CP 違反的本質鋪平了道路，可能為超越標準模型的物理學提供新的約束。」
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