近日，欧洲核子研究中心（CERN）宣布，大型强子对撞机（LHC）上的LHCb实验发现了D介子的正—反物质不对称性，并表示这项发现“绝对会被写进粒子物理的教科书”。这一发现被CERN研究和计算主任Eckhard Elsen称为“粒子物理学历史上的一个里程碑”。
科学家到底发现了什么？这次发现为什么这么重要？为了解开这些问题，《中国科学报》专访了中国科学院高能物理研究所副研究员李一鸣和意大利核物理研究院博士后陈缮真。
虽说科学研究是一个依赖想象力的工作，但粒子物理学家也并非天马行空。他们手上有一张“地图”——粒子物理标准模型，描述了强相互作用、弱相互作用及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子。然后，他们按图索骥解释未知，并将这张地图越画越细。
按照这张“地图”，科学家解释了“世界是怎么形成的”。陈缮真告诉记者，在宇宙大爆炸之初，宇宙是一个炽热的纯能量奇点。随着宇宙的膨胀与冷却，宇宙中的能量转化成了大量的正反粒子对，此时正反物质总量一样多。接着，大量的正反粒子重新彼此结合，湮灭为光子，这个过程经过了长久的反复，其能量最终成为了至今遍布宇宙中的微波背景辐射。
然而在这个过程中，正反粒子的行为出现了些许不同，每十亿个正反粒子湮灭的过程中，有一个正物质粒子被留了下来，并最终组成了当今宇宙中所有的物质。
或许，这起初只是科学家的一种想象，不过，随后他们真的找到了证据。1956年，30岁的李政道和34岁的杨振宁在《质疑弱相互作用中的宇称守恒》一文中提出“宇称不守恒定律”，质疑了传统的宇称守恒定律，认为宇称在弱相互作用中是不守恒的。
“宇称不守恒”是指在微观世界中“左”和“右”居然不对称。在李政道和杨振宁之前，粒子物理学家确实已证实强相互作用和电磁力中的宇称守恒，不过，弱相互作用中宇称守恒一直没能得到证实。这篇质疑传统的论文，让李杨二人在第二年就登上了诺贝尔物理学奖的领奖台。
“李—杨假说”得到验证后，科学家开始研究“电荷—宇称不守恒”（又称CP破坏），深入探索正反物质之间到底存在怎样的差别。“电荷—宇称不守恒是说某个粒子衰变的行为居然和它的反粒子不一样。”陈缮真说。
LHCb实验的目的之一，就是研究电荷—宇称不守恒现象，深入理解宇宙中正反物质不对称性的来源。LHCb的科学家通过研究中性D介子，找到了粲夸克系统中物质—反物质不完全对称的证据。为了观察到电荷—宇称不守恒现象，LHCb研究人员使用LHC在2011年至2018年期间提供给LHCb的所有数据，寻找D介子和它的反粒子的衰变。
LHCb研究组表示，此次发现的研究结果具有5.3标准偏差的统计显著性，超过了粒子物理学家用于声明发现的5个标准偏差的阈值。在粒子物理领域，新发现成立的阈值一般在5个标准偏差，或称“5—西格玛”，这个数值越高，就说明发现的证据越坚实。5个标准偏差表示新发现的置信度可以达到99.9999%。
不过，陈缮真也表示，迄今为止发现的弱相互作用中的电荷—宇称不守恒，似乎仍然不足以解释宇宙中的正反物质的总量差异，所以，可能还会有新的物理根源，这将会是留给未来物理学家的问题。