日内瓦时间2025年3月24日晚，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）合作组首次在重子衰变中观测到电荷共轭-宇称联合变换对称性破坏（简称CP破坏）现象，为揭示宇宙中正反物质不对称之谜提供了决定性线索。中国LHCb实验团队作出突出贡献，中国科学院大学LHCb团队成员深度参与并发挥重要作用。
138亿年前的大爆炸本应产生等量的正物质与反物质，但如今的可观测宇宙几乎完全由正物质主导。这一谜题的核心，可能在于正反粒子行为的细微差异——即CP对称性破坏。自1956年宇称不守恒理论颠覆传统认知后，科学家于1964年首次在含奇异夸克的介子衰变中观测到CP破缺，相关发现者斩获诺贝尔物理学奖。此后数十年间，对含底夸克、粲夸克的介子体系的研究也相继验证了这一现象。然而，由三个夸克构成的重子（如质子、中子）作为构成宇宙可见物质主要成分的基本单元，其CP破缺却始终未被捕获。探寻重子系统中的CP破坏成为粒子物理学领域一个悬而未决的难题。
中国LHCb实验团队与合作者利用LHCb实验数据，在多个重子衰变过程中寻找CP破坏现象。最终，在底重子到质子、奇异介子和正反π介子的四体衰变过程中，发现正反底重子的衰变率存在超过5倍标准差的显著差异（如下图所示），标志着首次在重子衰变中观测到 CP 破坏。这一发现填补了粒子物理学60多年的空白，为精确检验粒子物理标准模型的三代夸克混合机制、理解宇宙中正反物质不对称性起源提供了关键线索。
图1：LHCb实验观测到（左）底重子和（右）反底重子衰变的产额显著不同，从而首次在重子衰变中发现CP破坏。
LHCb国际合作组由来自24个国家的100家研究机构、约1800名科研人员组成。中国科学院大学于2015年加入LHCb实验国际合作组。多年来与国内外合作者一起，在 CP 破坏、强子谱学和重味强子产生机制等方向取得一系列重要物理成果，包括弱相角的精确测量、在三体非粲衰变中发现新的CP破坏模式、双粲重子和双电荷四夸克态的发现等。
自2017年回国加入郑阳恒教授团队以来，中国科学院大学钱文斌副教授便全面布局重子CP破坏的探索研究。他积极联合LHCb中国组合作单位，组织协调可能发现重子CP破坏的衰变道的实验研究，并在多个衰变道中起到了主导作用，包括近期在底重子衰变到超子和奇异介子对的三体衰变中首次观测到重子CP破坏迹象等。该成果此前于本月12日作为《物理评论快报》编辑推荐和亮点论文在线发表；同日，美国物理学会《物理》期刊以“LHCb实验为理解CP破坏疑难提供了关键信息”同步报道。值得一提的是，钱文斌副教授在2018-2020年担任LHCb实验底强子到非粲强子末态组（BnoC）的召集人，上述重子CP破坏的研究正是依托该分析组的平台展开的。他现在也是LHCb实验底强子到粲强子末态组（B2OC）的召集人，LHCb实验CP破坏研究的工作绝大部分都是在这两个物理分析组里面进行的。
此次最终发现重子中的CP破坏，不仅验证了粒子物理标准模型的理论预言，更为探索超越标准模型的新物理现象开辟了崭新的路径。重子CP破坏现象可能携带表征宇宙早期正反物质不同行为的独特“密钥”，或将成为寻究新物理的黄金探针。随着大科学装置迭代升级、前沿技术集中涌现、实验性能日益提升，物理学家有望在更高的精度下解析CP破坏机制，重构138亿年前决定宇宙中正反物质存续的决定性瞬间，持续突破人类认知边界，早日揭开重大科学问题之谜。
LHCb实验论文预印本：https://arxiv.org/abs/2503.16954
CERN新闻报道：https://home.cern/news/press-release/physics/new-piece-matter-antimatter-puzzle
