近日，由我校与北京大学和中国科学院大学的科研人员组成的联合团队基于欧洲核子研究中心大型强子对撞机底夸克实验（简称LHCb实验）主导完成了一项关于底重子衰变过程中宇称对称性破坏的研究，取得了迄今为止最精确的宇称破坏参数（即“李杨”参数）测量结果，为理解重子衰变中的基本对称性破坏提供了重要的实验信息。相关研究成果于2024年12月30日以“Λb0到Λc+ h-衰变中Λb0, Λc+和Λ衰变参数测量”（Measurement of Λb0, Λc+ and Λ decay parameters using  Λb0→Λc+ h-  decays）为题于2024年12月30日在线发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

基本粒子相互作用中的对称性破坏机制是粒子物理学领域中的一个核心科学问题。早在1956年，李政道和杨振宁提出了弱相互作用中宇称（P）变换对称性破坏的革命性设想。该理论于次年被吴健雄领导的团队通过钴-60衰变实验予以证实，李、杨二人于1957年荣获诺贝尔物理学奖。然而当时科学界相信电荷共轭（C）与宇称联合变换对称性（简称CP对称性）依然成立，直到1964年，克罗宁（J. W. Cronin）和菲奇（V. Fitch）等物理学家在中性K介子衰变中首次发现了CP对称性破坏现象，表明正粒子和反粒子的性质存在差异。这一发现使克罗宁和菲奇在1980年获得了诺贝尔物理学奖。CP破坏是产生可见宇宙中重子与反重子物质数量不相等的必要条件之一。尽管粒子物理标准模型为解释P破坏和CP破坏现象提供了理论框架，但至今无法充分理解“为何宇宙中的正物质远多于反物质” 的谜团，这一问题被《科学》期刊于2005年纳入125个自然界最具挑战性的科学问题。探索基本对称性破坏的新现象和深入理解其背后的动力学根源成为了当今物理学研究的重要前沿领域。

LHCb探测器是大型强子对撞机（LHC）上为研究重味强子（即包含底夸克或粲夸克的强子）而建造的大科学装置。其主要物理目标之一是精确测量重味强子的CP破坏现象，揭示粒子物理标准模型之外的新规律。在此次研究中，包括华中师范大学在内的中国联合团队，利用LHCb探测器收集的海量底重子数据，研究了底重子到粲重子再到超子的级联衰变，首次从实验上揭示了底重子到粲重子衰变过程中P对称性发生了接近于最大程度的破坏，取得了多个粲重子衰变过程的“李杨”参数的世界最精确测量值，并证实了北京谱仪实验（BESIII）此前对超子“李杨”参数的实验结果。通过比较正、反粒子的“李杨”参数，研究团队进而在1%精度下寻找了迄今尚未发现的重子衰变CP破坏现象，最终对这些过程中可能的CP破坏程度进行了严格限制。 上述结果不仅为深入理解重子的弱衰变机制提供了重要的实验依据，也充分展示了LHCb实验在基本对称性破坏研究中的巨大潜力。 

底重子衰变到粲重子和π介子示意图

华中师范大学物理科学与技术学院、“夸克与轻子物理”教育部重点实验室谢跃红教授和指导的博士研究生李石洋对该研究做出了主要贡献。这项研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、华中师范大学科技领军人才团队等项目的支持。

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https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.261804

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