驚人發現！CERN實驗揭露「夸克對稱性破缺」可能改寫物理學

歐洲核子研究組織（CERN）的NA61/SHINE實驗團隊近期在《自然通訊》發表一項震撼性研究成果。科學家們在氬原子核與鈧原子核的高能碰撞中，首次觀測到「上夸克」與「下夸克」的近似對稱性出現明顯破缺現象，這項發現可能動搖粒子物理學的基礎理論框架。

想像你用相同數量的木塊和塑膠塊搭建結構，拆解後理應保持原有比例。物理學家長期認為，由「上夸克」和「下夸克」構成的粒子在碰撞中也會維持這種平衡，此即所謂的「味對稱性」原理。然而，這項最新研究卻顛覆了學界認知。

波蘭核物理研究所（IFJ PAN）的安德烈·雷比茨基教授解釋：「構成物質世界的基本粒子『夸克』共有六種『味』，每種都有對應的反物質。原子核中的質子與中子就是由不同組合的上、下夸克構成。」理論上，若所有夸克質量相同，強相互作用力將無法區分它們。雖然實際上不同夸克質量各異，但最輕的兩種——上夸克與下夸克——質量差異極小，使強相互作用對它們的影響近乎對稱。

研究團隊原本只計劃測量帶電的K介子（kaon），但最終決定同時觀測中性K介子，這個決定帶來意外收穫。雷比茨基教授指出：「實驗資料與理論預測出現顯著差異。在現有能量範圍內，味對稱性導致的誤差通常不超過3%，但我們卻觀測到帶電K介子超量產生達18%！」

更令人費解的是，實驗初始條件中下夸克數量原本略多，理論上若對稱性破缺，碰撞後應保留更多下夸克。但華沙理工學院的卡塔茲娜·格雷別斯茲科夫教授表示：「分析結果明確顯示，對稱性破缺方向完全相反——最終反而是上夸克數量佔優！」

目前學界尚無法解釋氬-鈧原子核碰撞中觀察到的對稱性破缺現象。這可能意味現有的量子色動力學計算存在疏漏，但更激動人心的可能是：這項發現已超出標準模型預測，指向物理學家長久追尋的「新物理」領域。

無論後續研究如何發展，此發現已對高能粒子碰撞研究產生深遠影響。雷比茨基教授強調：「我們需要重新評估所有高能碰撞模型，這項工作可能改寫數十年來的實驗結果詮釋方式。」研究團隊接下來將聚焦π介子與碳原子核的碰撞資料，並計劃研究氧-氧與鎂-鎂碰撞系統，後者因原子核複雜性被視為極具潛力的研究方向。

這項由波蘭科學與高等教育部及國家科學中心資助的研究，將持續在CERN進行。隨著大型強子對撞機（LHC）即將展開為期三年的升級，科學家們正屏息以待可能改寫物理學教科書的下一波發現。