Observation of charge-parity symmetry breaking in baryon decays

Bibliographic Details
Title: Observation of charge-parity symmetry breaking in baryon decays
Authors: LHCb collaboration, Aaij, R., Abdelmotteleb, A. S. W., Beteta, C. Abellan, Abudinén, F., Ackernley, T., Adefisoye, A. A., Adeva, B., Adinolfi, M., Adlarson, P., Agapopoulou, C., Aidala, C. A., Ajaltouni, Z., Akar, S., Akiba, K., Albicocco, P., Albrecht, J., Alessio, F., Aliouche, Z., Cartelle, P. Alvarez, Amalric, R., Amato, S., Amey, J. L., Amhis, Y., An, L., Anderlini, L., Andersson, M., Andreianov, A., Andreola, P., Andreotti, M., Andreou, D., Anelli, A., Ao, D., Archilli, F., Argenton, M., Cuendis, S. Arguedas, Artamonov, A., Artuso, M., Aslanides, E., Da Silva, R. Ataíde, Atzeni, M., Audurier, B., Bacher, D., Perea, I. Bachiller, Bachmann, S., Bachmayer, M., Back, J. J., Rodriguez, P. Baladron, Balagura, V., Balboni, A., Baldini, W., Balzani, L., Bao, H., Leite, J. Baptista de Souza, Pretel, C. Barbero, Barbetti, M., Barbosa, I. R., Barlow, R. J., Barnyakov, M., Barsuk, S., Barter, W., Bartz, J., Basels, J. M., Bashir, S., Batsukh, B., Battista, P. 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Publication Year: 2025
Collection: High Energy Physics - Experiment
Subject Terms: High Energy Physics - Experiment
More Details: The Standard Model of particle physics, the theory of particles and interactions at the smallest scale, predicts that matter and antimatter interact differently due to violation of the combined symmetry of charge conjugation ($C$) and parity ($P$). Charge conjugation transforms particles into their antimatter particles, while the parity transformation inverts spatial coordinates. This prediction applies to both mesons, which consist of a quark and an antiquark, and baryons, which are composed of three quarks. However, despite having been discovered in various meson decays, $CP$ violation has yet to be observed in baryons, the type of matter that makes up the observable Universe. This article reports a study of the decay of the beauty baryon $\Lambda^{0}_{b}$ to the $p K^{-} \pi^{+}\pi^{-}$ final state and its $CP$-conjugated process, using data collected by the LHCb (Large Hadron Collider beauty) experiment at CERN. The results reveal significant asymmetries between the decay rates of the $\Lambda^{0}_{b}$ baryon and its $CP$-conjugated antibaryon, marking the first observation of $CP$ violation in baryon decays, thus demonstrating the different behaviour of baryons and antibaryons. In the Standard Model, $CP$ violation arises from the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mechanism, while new forces or particles beyond the Standard Model could provide additional contributions. This discovery opens a new path to search for physics beyond the Standard Model.
Comment: All figures and tables, along with machine-readable versions and any supplementary material and additional information, are available at https://lbfence.cern.ch/alcm/public/analysis/full-details/3653/ (LHCb public pages)
Document Type: Working Paper
Access URL: http://arxiv.org/abs/2503.16954
Accession Number: edsarx.2503.16954
Database: arXiv
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