大型强子对撞机发现反物质在新粒子类别中表现异常

粒子物理学界迎来重大突破：大型强子对撞机（LHC）的LHCb实验首次观测到一类新型反物质粒子的衰变速率与对应物质粒子存在差异。这项发现于2025年7月16日发表在《自然》期刊，标志着人类在破解"宇宙为何由物质主导"这一终极谜题的道路上迈出关键一步。

物质与反物质的镜像之谜

物质与反物质如同镜像对立面：除电荷相反外，其他性质完全相同。但偶尔会出现两者行为差异的现象，这种被称为"电荷共轭-宇称对称性破坏"（CP破坏）的现象正是物理学家寻找的答案线索。

根据现有理论，宇宙诞生时物质与反物质数量本应相等，两者接触时会相互湮灭。但某种未知机制使少量物质幸存并构建了现今的宇宙。LHCb实验此次在重子（baryon）粒子中观测到的CP破坏现象，为解释这种机制提供了新视角。

实验突破：重子领域的首次CP破坏观测

重子是由三个夸克组成的粒子类别（包括原子中的质子和中子），不同于此前发现CP破坏的介子（由夸克-反夸克对组成）。实验团队通过分析包含美夸克（beauty quark）的重子衰变过程，发现由正物质夸克构成的重子比由反物质夸克构成的对应粒子衰变更频繁。

北京大学研究员、LHCb团队成员徐婷杨表示：“这是CP破坏研究的重要里程碑。由于重子是日常物质的基本构成单元，首次在重子中观测到CP破坏为我们寻找新物理线索打开了新窗口。”

尖端探测技术支撑发现

LHCb实验装置长69英尺、重6000吨，是全球唯一能产生足够能量制造含美夸克重子的设备。该装置将质子加速至近光速后对撞，每秒产生约2亿次碰撞。意大利国家核物理研究所研究员、LHCb发言人文森佐·瓦尼奥尼解释说：“探测器如同巨型四维相机，能记录所有粒子穿过的轨迹。通过这些信息，我们可以精确重建碰撞初始状态及后续衰变过程。”

标准模型的局限与未来探索

尽管此次观测到的物质-反物质差异符合粒子物理标准模型的预测，但其微弱程度仍无法解释宇宙中物质占绝对优势的现象。英国达勒姆大学理论物理学家杰西卡·特纳指出：“测量本身是重大成就，但结果并不意外。观测到的CP破坏与夸克领域既往测量一致，我们知道这还不足以产生观测到的重子不对称性。”

研究人员表示，随着实验持续进行，LHCb最终将收集比当前分析多30倍的数据，从而在更罕见的粒子衰变中寻找CP破坏现象。这项发现或许最终能回答那个最根本的问题：为何宇宙中存在万物而非虚无。