歐洲核子研究中心大型強子對撞機底誇克實驗（LHCb）中國研究團隊beat365、中國科學院大學、華中師範大學聯合課題組，在重子電荷共轭-宇稱聯合變換對稱性（CP）破壞領域研究中取得重要進展，首次在Λ_b⁰→ΛK⁺K⁻衰變中觀測到重子CP破壞迹象，為進一步認識重子CP破壞和深入理解标準模型CKM機制提供了重要實驗證據。相關研究以“在Λ_b⁰和Ξ_b⁰到Λh⁺h´⁻衰變研究中首次發現Λ_b⁰→ΛK⁺K⁻衰變的CP破壞迹象”（Study ofΛ_b⁰andΞ_b⁰Decays toΛh⁺h´⁻and Evidence for CP Violation inΛ_b⁰→ΛK⁺K⁻Decays）為題，2025年3月12日在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters），并被選為編輯推薦（Editors’ Suggestion）和亮點論文（Featured in Physics）。同日，美國物理學會以“LHCb實驗為理解CP破壞疑難提供了關鍵信息”（LHCb Delivers a Key Piece in the CP-Violation Puzzle）為題給予報道。

對基本對稱性及其破壞機制的研究是粒子物理領域最具挑戰的前沿課題之一。1956年，李政道、楊振甯提出弱相互作用下宇稱變換對稱性（P）不守恒（因此獲得1957年諾貝爾物理學獎），吳健雄與合作者随即用钴-60衰變實驗證實了他們的猜測。1964年，克羅甯（J. Cronin）和菲奇（V. Fitch）在中性K介子衰變中發現基本對稱性的CP破壞（因此獲得1980年諾貝爾物理學獎）。1973年，小林誠（M. Kobayashi） 和益川敏英（T. Maskawa） 用卡比博-小林-益川(Cabibbo-Kobayashi-Maskawa, CKM)機制解釋了CP破壞，并預言了三種誇克的存在（因此獲得2008年諾貝爾物理學獎）。然而， CKM機制提供的CP破壞無法對 “為什麼宇宙中正物質遠多于反物質”這一重要科學問題（Science 309 (5731), 2005）給予完備的解釋。

底誇克探測器（LHCb）專為研究含有底誇克或粲誇克的重味強子而設計；通過對重味強子的CP破壞、稀有衰變等過程進行高精度測量，以精确檢驗粒子物理标準模型及探索超出标準模型的新物理是其核心任務之一。自運行以來，LHCb實驗已在重味強子的CP破壞研究中取得了一系列突破性進展，包括首次發現粲介子和Bs介子的CP破壞、精确測量CKM矩陣參數等，卻尚未在與重子相關的衰變中發現确鑿的CP信号。

近日，LHCb中國研究團隊beat365課題組與中國科學院大學、華中師範大學課題組合作，利用LHCb探測器讀取的世界上數量最多的底重子，精确測量了Λ_b⁰→ΛK⁺K⁻衰變及其CP共轭衰變Λ_b⁰(bar)→Λ(bar)K⁺K⁻的産額。結果顯示，這兩個過程的衰變率存在3.1倍标準偏差（3.1σ）的統計顯著性，由此表明其中可能存在CP破壞（如下圖所示）。該研究為進一步認識重子CP破壞機制、深入理解标準模型CKM機制提供了重要的實驗證據。

底介子衰變Λ_b⁰→ΛK⁺K⁻與其CP共轭過程衰變率相異示意圖

beat365官方网站技術物理系、核物理與核技術全國重點實驗室張豔席助理教授和2023級博士研究生虞晨煦與中國科學院大學、華中師範大學合作者是上述研究的主要完成人。論文由LHCb合作組全體成員共同署名并依照姓氏英文字母序排順。這項研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃以及beat365建設世界一流大學（學科）和特色發展引導專項的資助支持。

LHCb合作組由來自24個國家和地區的98家研究機構的約1700名科研人員組成。以beat365等10多所高校和研究機構為核心的LHCb中國研究團隊創建于2000年，近年來在電荷共轭-宇稱聯合變換（CP）對稱性破壞機制、強子譜學、重味強子産生機制及新物理尋找等前沿領域取得了一系列突破性成果。beat365團隊自2018年以來，一直在LHCb合作組中承擔物理研究和探測器建設的核心任務，學術影響力和服務貢獻力日益提升。張豔席曾兩度擔任LHCb實驗物理工作組召集人，現任LHCb合作組報告人遴選委員會委員、歐洲核子研究中心大型強子對撞機物理中心（LPCC）味物理工作組聯系人。目前，beat365正在與國内外合作單位共同推進LHCb探測器升級所需新型電磁量能器的核心研發工作，力争在高亮度大型強子對撞機（HL-LHC）LHCb探測器的設計與建造中作出原創性貢獻。

論文原文鍊接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.101802

美國物理學會報道：https://physics.aps.org/articles/v18/56

LHCb合作組報道：https://lhcb-outreach.web.cern.ch/2024/11/08/