当物理大神向我解释“CP破坏”，还说浅显易懂……

前不久，中科院的小伙伴在群里说高能物理所出了个“浅显易懂”的重磅成果。我们这帮科技记者的表情是这样的……

更麻烦的是，这个成果里面有许多奇奇怪怪的物理学符号。我看到论文的时候，大脑和电脑同时发出了呐喊：这是什么？这个又是什么？我是谁，我在哪儿……

当我怀着崩溃的心情把论文读下去后，我发现我们中国科学家主导的这个试验实在是太厉害了！怪不得能吸引来自17个国家的500多位科学家参与！怪不得论文能登上世界顶级学术期刊《自然》杂志。

简单概括就是我们发现了一种创新的实验方法，为研究物质和反物质不对称性提供了极其敏锐的实验探针。

这项新方法可能会帮助我们解开当下最大的科学谜题之一：我们的宇宙为什么是由物质组成的？要想理解这项深奥的成果，我们需要回到宇宙诞生之初。

在粒子物理学中，自然界的每一种粒子都有其相应的反粒子。这些反粒子和它们对应粒子的质量相同，但电磁属性相反。例如电子(electron)是带负电荷，它的反粒子就是著名的带正电荷的正电子(positron)。因此，由正常粒子组成的物质叫正物质，由反粒子组成的物质叫反物质。

宇宙大爆炸理论认为宇宙诞生之际应该产生了等量的正物质和反物质。正反物质如果碰到一起会发生湮灭(annihilation)并释放大量能量，有时湮灭后还会产生像中微子(neutrino)和夸克(quark)等其他基本粒子。

但奇怪的事儿来了，为什么现在小至地球上的微小生物，大至宇宙中的庞大星体，世间万物都是物质做的呢？现在我们得费老大的劲才能在实验室环境中造出一点反物质，那自然界中的反物质都去哪儿了？

Yet for some unknown reason, everything we see today, from the smallest life-form on Earth to the largest stellar object, is made of almost entirely of matter. In comparison, there is not much antimatter to be found, and it takes enormous effort and a great deal of engineering just to produce a tiny amount in the lab.

到底是什么打破了正反物质平衡？这个问题困扰了科学界大半个世纪，有的物理学家脑洞大开：正物质和反物质会不会遵循了不同的物理法则？

Something must have happened to tip the balance. The problem of matter-antimatter asymmetry has puzzled the scientific community for more than half a century, leading some to hypothesize that matter and antimatter may be governed by slightly different laws of physics.

正反粒子不遵循相同物理法则的这个现象叫CP破坏。这可比什么明星CP破裂上热搜要重要的多了，因为这关系到现实世界的存在机制。

Should particles and antiparticles not actually follow the same physical laws, the phenomenon would be referred to as a violation of charge conjugation and parity symmetry, a violation of CP symmetry, or just CP violation for short.

有趣的是，粒子物理学标准模型推测极其微小的CP破坏应该是存在的，这让科学家激动万分。全球多个团队想通过观测正反粒子的衰变，希望能发现那细微的CP破坏，解开世界为什么是由物质构成之谜。

想要观测正反粒子的衰变，就得先造出正反粒子。铺垫这么多，终于轮到我们今天的主角了：安装在北京正负电子对撞机上的北京谱仪III探测器。

北京谱仪III探测器

北京谱仪III探测器是我国自主研发的大型高能实验装置，实验吸引了来自全球80家科研机构约500位科研人员，是目前国内正在运行的最大国际合作组。

在北京谱仪III实验中，科学家通过让电子与其反粒子正电子碰撞，造出了一个特殊的重子：超子(hyperon)。超子和质子一样，由3个夸克组成，但超子会至少含有一个奇异夸克(strange quark)。科西超子是含有两个奇异夸克的超子，而北京谱仪III实验可以大量生产由科西超子和反科西超子组成的正反科西超子对。

正反科西超子对级联衰变演示图

科学家可以利用正反科西超子的“自旋”信息和量子关联来揭示CP破坏的关键参数，再通过观察正反科西超子对级联衰变，大大提升实验对CP破坏测量的敏感度。

北京谱仪III实验这一创新方法为寻找CP破坏提供了一种全新的视角。尽管这期发表在《自然》的成果显示没有CP破坏的迹象，但随着样本数和更先进仪器的帮助，专家认为这一方法为科学家未来确认或排除超出标准模型的CP破坏来源带来了希望。

In the end, scientists found no signs of CP violation, according to the study in Nature. But the BESIII experiment presented a new angle on the search for CP violation. Scientists say the statistical precision of the experiment may improve once more samples and more advanced facilities are available, which could either confirm or rule CP violation out beyond the Standard Model.

怎么样，是不是很浅显易懂？看懂的请在评论区扣这个“神秘”符号，发现你微信里的物理大神。

记者：张之豪

编辑：陈月华