CMS利用中性底介子高精度检验物质与反物质差异

CMS合作组近日发布研究成果，利用迄今规模最大的底介子样本，对物质与反物质之间可能存在的细微行为差异进行了高精度检验。

中性美介子可以转化为自身的反物质，反之亦然。图片来源：Ansar Iqbal/CMS

物理学长期关注一个核心问题：按照现有理论，宇宙大爆炸应产生几乎等量的物质和反物质，但现实宇宙几乎完全由普通物质组成。解释这一不平衡现象的关键线索之一，是物质与反物质在行为上的微小差别，即电荷宇称(CP)破坏。

此次研究聚焦中性底介子。中性底介子由一个反底夸克和一个下型夸克构成，具有能够自发转化为自身反粒子、反粒子也可反向转化的特性。通过比较其物质态与反物质态随时间衰变频率的微小差异，研究人员可以对标准模型作出更精细的检验。

CMS合作组分析了2022年至2025年间收集的质子—质子碰撞数据，重建了约140万个含下夸克的B⁰介子以及1.6万个含奇异夸克的B⁰s介子的特定衰变过程。研究中的一项关键任务，是判断每个介子在产生瞬间的类型，即其在衰变为J/ψ介子和中性K介子之前究竟处于何种初始状态。

为提高识别精度，CMS采用了基于先进人工智能的算法，综合利用μ子、电子、与碰撞事件相关的喷注信息，以及B⁰s介子附近产生粒子的相关信息。与此前分析相比，这一方法显著增强了实验对介子初始状态的判别能力。

结果显示，测得的CP破坏与标准模型预测相符。其中，B⁰s粒子衰变为J/ψ介子和中性K介子过程中的CP破坏测量，达到迄今最高精度。同步开展的B⁰衰变研究，也为检验相同潜在物理机制提供了重要依据。

CMS合作组表示，相关结果加深了对底粒子CP破坏现象的认识，并对可能存在的新粒子贡献给出了更严格限制。随着大型强子对撞机在高亮度阶段提供更多数据，CP破坏测量有望进一步提升精度，为理解物质—反物质不对称问题提供更深入的实验线索。