我们生存的宇宙是充满着奇迹和谜团。其中，一个悬而未决的谜团是：为什么我们的宇宙几乎完全由物质构成，而不是物质和反物质的平等共存？解开这一谜团的关键在于理解“CP破坏”这一现象，尤其是在构成我们日常世界的重子粒子中的CP破坏现象。在这一领域，我院秦溱副教授、硕士生沈胤发与兰州大学博士生汪建鹏的最新合作研究取得了重要进展。

要理解CP破坏，首先需要了解CP这个术语。C代表“电荷共轭”，它涉及将一个粒子转换为其对应的反粒子（例如，将电子转换为正电子）。P代表“宇称”，它涉及将粒子的空间坐标进行镜像反转。重子，则是构成我们日常世界中可见物质的基本组成部分。例如，质子和中子就是最常见的重子，它们构成了原子核。重子在宇宙中的行为对理解宇宙的结构和演化至关重要。而重子的CP变换，就好比一个重子在照镜子，它的镜像反重子也在做类似的动作。通常情况下，物理过程在CP变换下总是不变的。但如果某些原因使得镜子内外的世界表现出截然不同的行为，这将是一个既奇怪又十分有趣的现象。

这种匪夷所思的情景正是理解物质为何在宇宙中占据主导地位的关键。设想物质和反物质的行为完全对称，那么它们在大爆炸后理应相互湮灭，留下一个空荡荡的宇宙——不会有太阳系，更不会有你我。然而，这与我们观察到的宇宙截然不同。因此，必然存在某种机制使得物质在这场史诗般的对决中获胜，从而塑造出今天这个璀璨多彩的宇宙。而重子的CP破坏，可能就是这种机制的关键线索。

在这样的背景下，秦溱副教授与合作者们在理论上指出，Λb重子的某种衰变道可能呈现出显著的CP破坏。有趣的是，这种衰变道的CP破坏利用了量子物理学中的一个独特现象——两个跃迁振幅的干涉，类似于电子的双缝干涉实验。由于Λb重子的组分之一底夸克（b）和其衰变产物上夸克（u）的特殊耦合，这种干涉可能会导致在Λb重子系统中展现出较大的CP破坏，为实验物理学家首次证实重子中的CP破坏提供了全新的研究思路。

此前，CP破坏首次在中性K介子系统中发现，其后依次在B介子和D介子中依次证实。然而，尽管重子构成了可见物质的绝大部分，其CP破坏现象在实验中却尚未得到证实。未来若能在重子系统中观察到CP破坏，将标志着CP破坏研究的新里程碑。这对于我们理解宇宙的结构、演化，乃至我们自身的起源至关重要。

Λb重子衰变中其中一种跃迁振幅贡献的费曼图

2023年12月7日，相关研究以“Λb的含粲衰变中可能具有的显著CP破坏”（Possible large CP violation in charmed Λb decays）为题,在《物理评论D（快报）》（Physical ReviewD(Letter)）上在线发表，同时在美国物理学会（APS）的杂志《物理》（Physics Magazine）中被报道。我院硕士生沈胤发为论文的第一作者，秦溱副教授和兰州大学博士生汪建鹏为共同通讯作者。

上述研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基础科研基金等的支持。

相关成果及报导链接：

Physical Review D (Letter)论文：

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.108.L111901

Physics Magazine报道：

https://physics.aps.org/articles/v16/s175