2022年
您当前的位置:首页 > 新闻动态 > 传媒扫描 > 2022年
【文汇报】原初反物质消失之谜解开再逼近!迄今最精确正反科西超子衰变不对称性测量完成
文章来源:许琦敏  2022-06-06
】 【】 【

   

  正反科西超子级联衰变演示图:如果物质和反物质遵循相同的物理法则,科西 超子与反科西超子的衰变应该是镜像对称的,只是空间坐标是相反的。镜像之间纽带 连接表示正反超子的量子关联。

北京谱仪III探测器

  记者从中国科学院高能物理研究所据悉,依托该所北京正负电子对撞机上北京谱仪(BES)III实验,由全球约500名科研人员组成的BESIII合作组实现了一种创新实验方法,为研究物质和反物质不对称提供了极其灵敏的探针。北京时间2022年6月2日,《自然》杂志正式刊发了相关研究结果。

  有助理解“反物质消失之谜”

  超子是一类在质量超过核子的重子,在自然界并不存在,科学家在早期宇宙线的实验中发现了这类仅能短暂存在不足1纳秒的不稳定粒子。此后,人们在地球上使用粒子对撞机,大量制造出了超子。

  “反物质消失之谜,是人类追寻宇宙物质起源历程中,迄今未能解决的难题。”中科院院士、中科院高能所所长王贻芳解释,在宇宙诞生之初,正反物质是成对均衡产生的,如今我们见到的都是正物质,那么原初反物质去哪里了呢?1956年,杨振宁、李政道发现了粒子弱作用宇称不守恒(即P破缺),此后粒子物理学家相继在K介子、B介子和D介子系统中发现正反粒子不对称行为,即CP破坏现象,这些发现都与粒子物理标准模型的预言一致。

  人们不禁要问,CP破缺是否也在超子中存在?科学家也想知道。然而,精确测量超子和反超子衰变的不对称性,却被一个难题所阻挡——物理学家一直没有找到实验办法,能够同时测量正反超子的衰变不对称参数。

  这个难题在BESIII实验上,得到了解决。

    超高灵敏度,突破正反超子测量困境

  BESIII探测器是我国自主研发的大型高能实验装置,是研究物质粒子强和弱相互作用和物质起源的国之重器。它吸引了来自17个国家的80家科研机构约500个科研人员共同参与研究,是目前国内正在运行的最大国际合作组。自2008年运行取数以来,合作组已产出论文400多篇。

  BESIII实验合作组发言人、中科院高能所研究员李海波介绍,BESIII实验的超子产额虽然仅为美国费米实验室HyperCP实验的千分之一, 但实验灵敏度要优于HyperCP实验——BESIII单事例的敏感度是HyperCP的一千倍,“这得益于BESIII实验上正反科西超子的自旋极化和量子纠缠”。

  更重要的是,BESIII实验最近首次利用处于量子纠缠的正反科西超子对的级联衰变,成功地把导致正反物质不对称的弱作用力从强作用力中分离出来,这一创新研究解决了30年来不能同时对超子和其反粒子测量的困境,从而在超子物理方向上树起了一块里程碑。

  仅用13%数据,测量精度有望再升三倍

  此次BESIII实验所测量的科西超子,是一种双奇异超子,由两个奇异夸克和一个轻夸克组成。按照BESIII物理黄皮书的规划,BESIII实验圆满收集了约100亿J/ψ粒子。科研人员用了其中13%的数据量,研究了J/ψ粒子衰变到正-反科西超子的过程——在13亿J/ψ衰变事例中,完整干净地重建出约7万多个正-反科西超子对,本底污染率小于千分之一水平。

  李海波介绍,从J/ψ衰变出来的正-反科西超子处于量子相干状态,他们利用这一独特的量子干涉效应,以及科西超子的级联衰变和自旋极化信息,实验以前所未有的精度测量了正反科西超子的不对称参数,并首次测量了超子衰变中弱相互作用和强相互作用相因子,给出三种CP不对称性最精确的测量结果。

  “这些结果已经引起国际同行的关注,被2021年国际轻子光子大会邀请为大会专题报告,成为这一领域的新星。”王贻芳透露,BESIII合作组目前正在分析100亿J/ψ数据,测量精度将再提高三倍左右,“这将是对重子CP不对称最灵敏的测量,用于检验标准模型和可能的CP破坏新来源。”由于粒子标准模型预研的超子CP不对称的精度在万分之一量级,物理学家还将不断努力逼近,直至最终破解这一宇宙物质演化的重要谜团。

源自文汇报 2022.6.4 第四版


附件下载:

地址:北京市918信箱 邮编:100049 电话:86-10-88235008 Email:ihep@ihep.ac.cn
中国科学院高能物理研究所 备案序号:京ICP备05002790号-1 文保网安备案号: 110402500050