為什麼宇宙由物質主宰？LHC 實驗再一里程碑，發現新 CP 破壞現象！

皇帝 | 2019-3-22 17:45:25

1樓

發布日期 2019 年 03 月 22 日 16:38

宇宙中物質與反物質為什麼明顯不對稱？物理學家找了許久的答案，現在世上最強大的粒子加速器——大型強子對撞機（LHC）新實驗讓我們離真相更進一步了。

根據大爆炸理論預測，宇宙形成初期正反物質應該一樣多，然後正反物質隨即結合湮滅、釋出高能光子，換句話說，會形成一個沒有正反物質、只有光子的宇宙。然而事實是，我們的宇宙充滿物質，找不到反物質蹤跡，「正反物質明顯不對稱」成了物理學最大難題之一。

直到 1964 年美國兩名物理學家詹姆斯·克羅寧、瓦爾·菲奇，首度在實驗中發現含有奇誇克的 K 介子衰變過程出現 CP 破壞（charge-parity violation、CP violation）現象，科學家才開始有個正當解釋：反物質不見可能與 CP 破壞有關。

所謂 CP 破壞，顧名思義指一切物理定律本該遵守的 CP 對稱性被破壞了。C 對稱是「電荷共軛對稱」，P 是宇稱（在三維座標系中的維度翻轉），早期物理觀念認為，所有物質相互作用時，經過 C、P 轉換後應該如同鏡子般對稱，目前，電磁作用、重力作用、強交互作用都遵守 CP 對稱，然而在弱交互作用下，CP 對稱被微妙的打破了。

到了 20 世紀初，美國 SLAC 國家加速器實驗室與日本高能加速器研究機構再度發現，含有反底誇克的 B 介子衰變過程也出現 CP 破壞，我們離反物質不見的真相似乎更進一步，然而，光是只在這些粒子中發現 CP 破壞，仍不足以解釋如今宇宙的物質-反物質差距之大。

現在，大型強子對撞機（LHC）的 LHCb 實驗首度觀測到 D 介子（細講的話是D 0 介子）也出現 CP 破壞，確定性高達 99.999%！同時，這也是科學家第一次在含有魅誇克的粒子中發現 CP 破壞。

介子由 1 個誇克和 1 個反誇克組成，而 D 介子是所有含魅誇克粒子中最輕的一組粒子。在 D 介子中，魅誇克衰變成 1 個奇誇克及 1 個 W 玻色子，W 玻色子接著衰變成 K 介子與 π 介子。

其實自 40 多年前發現 D 介子以來，粒子物理學家便一直懷疑 CP 破壞也會發生在 D 介子系統中，但反應太過微弱，需要極龐大數據才能找出結果，LHCb 團隊收集了 2011～2018 年間實驗的完整數據集，才終於抓到 D 介子也發生 CP 破壞現象。

該實驗由紐約雪城大學物理學教授 Sheldon Stone 領導，可能引出粒子標準模型之外的新規則。雖然物質主導宇宙的結果不能只靠誇克行為解釋，但隨著物理學家證實新的 CP 破壞現象，將幫助理解究竟為何宇宙中天然的反物質那麼少。

https://phys.org/news/2019-03-ce ... ies-antimatter.html

好友們可能看起來很吃力，但這是一個標準的諾貝爾獎級的研究。當初李政道和楊振寧就是提出宇稱不守恆獲得華人第一座諾貝爾獎。