北京譜儀Ⅲ開創探索正反物質不對稱性的新方法

2022年6月2日，記者從中國科學院獲悉，北京譜儀Ⅲ合作組實現了一種創新試驗方法，為研究物質和反物質不對稱性提供了極其靈敏的試驗探針。相關研究成果于2022年6月2日在《自然》雜志上正式刊發。

盡管在宇宙大爆炸之初應該產生等量的正反物質，為什么我們的宇宙卻只有物質組成而非反物質？這個問題困擾了科學界半個多世紀。物質和反物質遵循不同的規律嗎？粒子衰變為研究正反物質不對稱性提供了重要線索：如果粒子和反粒子的衰變模式存在差異，那么這些差異可能是導致我們今天豐富的物質世界形成的原因。然而，由于粒子衰變通常是由多種相互作用誘導發生的，比如一種類似質子的短壽命粒子叫作科西超子，它的內部含有兩個重的奇異夸克和一個輕夸克，帶一個負電荷，其衰變過程中既有弱也有強作用發生，如何識別是哪種作用導致正反物質衰變行為不同呢？北京譜儀Ⅲ試驗最近首次利用處于量子糾纏的正反科西超子對的級聯衰變，成功地把導致正反物質不對稱的弱作用力從強作用力中分離出來，這一創新方法和試驗結果引起該領域世界同行的密切關注。

試驗數據是北京譜儀Ⅲ試驗國際合作組收集的，合作組成立于2008年，是由來自亞洲、歐洲和美洲等17個國家80個研究機構約500名科學家組成的國際合作組。在北京譜儀Ⅲ試驗中，電子與其反粒子正電子碰撞的能量是其固有質量的上萬倍。在這些碰撞中，電子和正電子湮滅，并從釋放的能量中產生其他粒子或粒子對。在這項新的研究中，科研人員利用正反科西超子的“自旋”信息和量子關聯來揭示正反物質不對稱性，粒子物理學家稱為“CP破壞”。超子衰變是尋找CP破壞的一個很有希望的狩獵場，因為它們的“自旋”方向可以通過其“子粒子”的衰變直接測量。考慮成對的正反超子級聯衰變，可以把強力和弱力的貢獻分開，導致對CP破壞測量的敏感度顯著提高。北京譜儀Ⅲ試驗這一創新方法為尋找CP破壞提供了一種全新的視角。

盡管《自然》一文中給出的結果顯示沒有CP破壞的跡象。然而，這一創新方法為科學家未來確認或排除超出標準模型的CP破壞來源帶來了希望。“這是理解正反物質不對稱性的一個里程碑，我期待北京譜儀Ⅲ合作組將取得更多成就。”中科院院士、高能物理研究所所長王貽芳研究員說。“北京譜儀Ⅲ試驗的靈敏度遠高于之前費米實驗室的HyperCP試驗，是HyperCP試驗單事例靈敏度的1 000倍，這得益于北京譜儀Ⅲ試驗上正反科西超子的自旋極化和量子糾纏。”北京譜儀Ⅲ國際合作組發言人李海波研究員強調說。

北京譜儀Ⅲ探測器是我國自主研發的大型高能試驗裝置，吸引了來自17個國家的80家科研機構約500名科研人員，是目前國內正在運行的最大國際合作組，這一結果是由中國科學家和國外合作者共同完成的，是國際合作的典范。

（來源：人民網）0CAB6383-7128-488E-93D4-F720E2AF9F4C