近日，欧洲核子研究中心大型强子对撞机底夸克实验（LHCb）北京大学研究团队，首次观测到B+ → ρ(770)0 K*(892)+衰变中的CP破坏，并发现了B+c → Dh+h-稀有衰变模式，在重味物理研究中取得重要进展。相关研究成果分别以“首次发现B+ → ρ(770)0 K*(892)+衰变中的CP破坏及其极化测量”（First Observation of CP Violation and Measurement of Polarization in B+ → ρ(770)+ K*(892)+ Decays）和“B+c→Dh+h-衰变的发现”（Observation of B+c→Dh+h- Decays）为题，于2026年1月14日同时在线发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。
夸克与轻子是构成物质世界的基本成分，它们的性质及相互作用决定了宇宙的物质结构与演化规律。目前，实验上已发现六种不同“味”的夸克，其中粲（c）、底（b）和顶（t）夸克因质量较大，被称为重味夸克。在探索基本相互作用与物质起源的前沿领域中，以包含底夸克和粲夸克的强子（即重味强子）为研究对象的重味物理学，长期以来发挥着独特而关键的作用。重味强子不仅是检验粒子物理标准模型的理想实验平台，也是探索潜在新物理效应的重要窗口。其中，电荷共轭-宇称（CP）对称性破坏、强子衰变动力学等课题，一直是该领域研究的核心方向。
位于欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的LHCb探测器，是专门为研究重味强子而设计建造的实验装置。其核心科学目标是通过对重味强子性质的高精度测量，系统检验粒子物理标准模型，并探索潜在的超越标准模型的新物理迹象。凭借其卓越的探测性能，LHCb实验在重味强子谱学、衰变机制及CP破坏研究等关键领域取得了一系列突破性进展，例如首次在实验上发现五夸克态，以及首次观测到重子中的CP破坏现象等。这些重要成果显著推动了重味物理学科前沿的发展。
CP对称性破坏是解释宇宙中正反物质数量不对称的必要条件。目前，标准模型所预言的CP破坏效应尚不足以完全解释观测到的宇宙正反物质不对称性，因此寻找新的CP破坏机制成为当前粒子物理研究的重要前沿方向。底介子（如B⁺）是由一个反底夸克和一个轻夸克组成的短寿命粒子，在强相互作用与弱相互作用的共同影响下，可衰变为多种不同的末态粒子，其过程蕴含丰富的动力学信息。本研究聚焦于B⁺介子衰变为ρ(770)⁰和K*(892)⁺两个不稳定矢量介子的过程。此类衰变道因其潜在的CP破坏效应和复杂的末态极化结构一直备受理论和实验关注，但目前仍缺乏完整的理论解释，亟需高精度的实验测量提供关键线索。北京大学研究团队基于LHCb探测器在2011年至2018年运行期间采集的质子-质子对撞数据，首次对B⁺ → ρ(770)⁰ K*(892)⁺衰变开展了全振幅分析，精确测量了末态矢量介子的极化状态，并观测到显著的CP破坏现象（如下图所示），统计显著性超过9倍标准差。分析表明，该衰变中的CP破坏主要由自旋投影为0的分量主导。相关结果为深入理解重味强子衰变的动力学机制提供了重要的实验依据。
B+和B-衰变末态的两体不变质量谱及拟合，其中ρ(770)0 和K*(892)+分别出现于π+π-和KS0π+质量谱。B+→ ρ(770)0 K*(892)+衰变（蓝实线）及其反过程产额显著不同，呈现CP破坏。
Bc+介子由一个反底夸克和一个粲夸克组成，是唯一由两种不同“味”的重夸克构成的介子体系。由于其衰变模式丰富，该粒子在理论与实验研究中均备受关注。Bc+介子最早于1998年被实验发现，但由于其在实验上产生率低、探测难度大，目前已观测到的衰变模式仍然非常有限，且主要集中在b夸克到c夸克的跃迁过程。基于同一批来自LHCb探测器（2011–2018年）的实验数据，研究团队系统分析了Bc+介子衰变为一个粲介子（D⁰、D⁺、Ds⁺等）及两个轻介子（如π、K）的过程，并首次发现了以下三个新衰变道：Bc+→D+K+π-, Bc+→D*+K+π-，Bc+→D+sK+K-。这些衰变主要由b→s夸克跃迁或b、c夸克湮灭的机制主导。相关发现为检验重味强子衰变的理论模型提供了全新的实验信息，同时也为未来在Bc+介子体系中探索CP破坏效应开辟了新的研究途径。
Bc+介子到D+K+π-、D*+K+π-、D+sK+K-衰变的不变质量谱及拟合，红色虚线代表信号。
北京大学物理学院技术物理系、核物理与核技术全国重点实验室张艳席助理教授，博士研究生伍彦西、牟泽清、吴天可，以及元培学院本科生高子涵是上述研究的主要完成人。论文由LHCb合作组全体成员共同署名，署名顺序依照姓氏英文字母排列。相关研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京大学建设世界一流大学（学科）和特色发展引导专项、北京大学高能物理研究中心等资助。
LHCb合作组由来自27个国家的108所大学与研究机构组成，共有超过1800名科研人员参与其中。自2019年加入LHCb合作组以来，北京大学研究团队在高原宁教授的带领下，持续参与探测器的研制工作，并主导了多项关键物理课题的研究，在CP对称性破坏机制、强子谱学、重味强子产生机制等前沿方向上取得了一系列重要成果。按照LHCb实验的长期规划，三期数据采集任务（2022-2026）预计于2026年完成，届时所积累的有效数据量将提升至之前的5-10倍，为重味物理研究带来前所未有的机遇。目前，北京大学研究团队正与国内外合作单位紧密协作，积极投入下一代LHCb探测器核心部件—新型电磁量能器的研发工作，致力于在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）LHCb探测器的设计与建造中作出具有原创性的贡献。
