我们如今距离理解宇宙如何避免一场反物质大灾难又近了一步。欧洲核子研究中心（CERN）的科学家们发现了诱人线索，表明物理学在处理物质与反物质的方式上存在根本性差异。
大型强子对撞机（LHC）的实验验证了一种名为重子的粒子，其物质与反物质形式之间存在不对称性。
这种效应被称为电荷宇称（CP）破坏，此前仅在另一类称为介子的粒子中被探测到。但在构成宇宙大部分物质的重子中找到实验证据，一直是物理学家们长期追寻的目标。
“这表明物质与反物质之间的微妙差异存在于更广泛的粒子范围内，意味着物理学基本定律对待重子与反重子的方式不同。” CERN物理学家、该研究的第一作者杨雪婷告诉《科学警报》。
“宇宙中的物质 – 反物质不对称性需要重子中的CP破坏，因此这一发现是检验我们现有理论完整性的关键一步，也有助于探索是否有新物理学隐藏在我们之前未仔细研究的地方。”
为了实现这一发现，研究团队分析了2011年至2018年间在LHC收集的数据中约80,000个粒子衰变事件。研究人员聚焦于名为美Lambda（Λb）重子及其反物质对应物，寻找它们衰变方式上的任何差异迹象。
如果CP是对称的，粒子的物质与反物质形式应衰变成相同（如果是镜像的）产物。
然而，研究团队发现物质与反物质重子衰变之间存在2.5%的相对差异。
“这听起来可能很小，但结果在统计上具有足够的显著性。” 杨说，“这表明Λb和反Λb的衰变方式并非完全相同，提供了重子中CP破坏的观测证据。”
重要的是，这一发现达到了5.2西格玛的统计显著性。这意味着观察到的效应来自随机波动的几率仅为千万分之一。
这一发现对物理学具有重大意义，包括像 “我们为什么存在？” 这样的基本问题。
尽管反物质名字听起来很怪异，但它本应是普通的。它与常规物质的主要区别在于电荷相反。但这个看似微小的细节意味着，一旦两者相遇，它们将在能量爆发中相互湮灭。
理论上，大爆炸不应偏袒任何一方，而应等量产生物质与反物质。如果是这样，宇宙的所有内容在存在的最初瞬间就应自我爆炸为虚无，使宇宙成为一个极度空旷的地方。
既然显然没有发生这种情况，似乎有某种未知因素介入，使得产生的物质略多于反物质。如今存在的一切，从星系到沙粒，都由在早期湮灭中幸存的那一小部分构成。
在一个简单的宇宙中，反转粒子的电荷和空间坐标（基本上就是它是物质还是反物质），不应改变它在物理定律下的行为方式。
这一概念被称为CP对称性，虽然它曾被认为与能量守恒一样不可改变，但自20世纪中叶以来，物理学的标准模型就预测了一定程度的CP破坏。
“CP破坏是解释物质 – 反物质不对称ƀ..
“这强烈表明标准模型之外必然存在新物理学，提供额外的CP破坏来源。研究包括重子在内的不同系统中的CP破坏，为标准模型提供了重要检验，并可能为标准模型之外的新物理学提供线索。”
例如，反物质有可能被重力排斥而非吸引，即它会 “向上” 掉落。为了验证这一想法，CERN物理学家此前进行了 “掉落” 测试，发现反物质像常规物质一样向下掉落。在这方面，不存在CP破坏。
但新的探测结果表明，确实有某种因素导致物质和反物质以不同方式衰变。这一期待已久的确认令人兴奋，但仍不足够。
“在重子衰变中观察到的CP破坏，比如LHCb的新结果，与标准模型预测一致，所以它本身不足以解决物质 – 反物质谜题。” 杨说，“但它为CP破坏在重子领域的行为开启了一扇新窗口，而该领域此前基本未被探索。”
“物理学家正在寻找粒子物理学标准模型预测之外的CP破坏新来源。发现这样的来源可能会带来新物理学。”
这项研究发表在《自然》杂志上。