依托中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的北京譜儀III實(shí)驗(yàn)，科研合作組完成了世界上最精確的正反科西超子衰變參數(shù)和不對(duì)稱性測(cè)量，為正反物質(zhì)不對(duì)稱性的探索開創(chuàng)了新的實(shí)驗(yàn)方法。相關(guān)研究成果6月2日在《自然》雜志上正式刊發(fā)。
超子是重子的一種，其內(nèi)部至少含有一個(gè)奇異夸克，是早期科學(xué)家在宇宙線實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的不穩(wěn)定粒子，在地球上本不存在。且因其壽命很短，觀測(cè)起來十分困難。北京譜儀III實(shí)驗(yàn)的研究核心便是夸克物質(zhì)之謎和正反物質(zhì)不對(duì)稱起源問題，科研人員使用北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，“撞”出了由兩個(gè)奇異夸克和一個(gè)輕夸克組成的科西超子，并圍繞正反科西超子的衰變展開了研究。
平日里，人們可感、可觸的是物質(zhì)世界，反物質(zhì)則“看不見、摸不著”。事實(shí)上，宇宙中的每種粒子都存在相對(duì)應(yīng)的反粒子，如果能夠確認(rèn)正反粒子的衰變模式存在差異，便可能找到物質(zhì)世界的形成原因。但粒子衰變通常由多種相互作用誘導(dǎo)發(fā)生，以科西超子為例，其衰變過程中強(qiáng)、弱相互作用同時(shí)發(fā)生。精確測(cè)量正反超子衰變的不對(duì)稱性，難點(diǎn)就在于識(shí)別出正反物質(zhì)的衰變差異是何種作用所導(dǎo)致。
科研合作組發(fā)言人、中科院高能物理所研究員李海波解釋道，此前科學(xué)家只對(duì)正科西超子展開過測(cè)量，測(cè)量精度在百分級(jí)，反科西超子從未有人成功測(cè)量，世界上沒有一種實(shí)驗(yàn)先例能同時(shí)測(cè)量到正反科西超子的衰變參數(shù)。
利用北京譜儀III實(shí)驗(yàn)收集到的約100億個(gè)J/psi粒子，科研合作組使用其中的13億個(gè)衰變事例，完整干凈地重建出約7萬余個(gè)處于量子相干狀態(tài)的正反科西超子對(duì)。通過獨(dú)特的量子干涉效應(yīng)，以及科西超子的級(jí)聯(lián)衰變和自旋極化信息，北京譜儀III合作組首次成功地將導(dǎo)致正反物質(zhì)不對(duì)稱的弱作用力從強(qiáng)作用力中分離出來，實(shí)現(xiàn)了對(duì)正反科西超子衰變行為的同時(shí)測(cè)量。中科院院士、中科院高能物理所所長(zhǎng)王貽芳表示，雖然本次測(cè)量并未顯示出正反物質(zhì)不對(duì)稱性的跡象，但實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新方法為科研提供了全新視角，是理解正反物質(zhì)不對(duì)稱的一個(gè)里程碑。
“這一創(chuàng)新，解決了30年來不能同時(shí)對(duì)正反科西超子進(jìn)行測(cè)量的困境?！崩詈２ū硎?，海量的數(shù)據(jù)，孕育出目前世界上最精確的測(cè)量結(jié)果，對(duì)正反科西超子不對(duì)稱參數(shù)的測(cè)量精度首次達(dá)到千分之一級(jí)別，并驗(yàn)證了粒子標(biāo)準(zhǔn)模型，“我們是最好的！”
正反科西超子級(jí)聯(lián)衰變演示圖：如果物質(zhì)和反物質(zhì)遵循相同的物理法則，正反科西超子的衰變應(yīng)該是鏡像對(duì)稱的，只是空間坐標(biāo)相反，鏡像之間紐帶連接表示正反超子的量子關(guān)聯(lián)。
北京譜儀III探測(cè)器是我國(guó)自主研發(fā)的大型高能實(shí)驗(yàn)裝置，自2008年改造完成運(yùn)行至今，仍保持著良好的運(yùn)行狀態(tài)，共有來自17個(gè)國(guó)家、80家科研機(jī)構(gòu)的約500名科研人員圍繞其合作開展科研工作，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)正在運(yùn)行的最大國(guó)際合作組。利用該裝置產(chǎn)出的科研數(shù)據(jù)，科學(xué)家已發(fā)表了400余篇高水平科研論文。王貽芳表示，本次發(fā)表的科研成果是由我國(guó)科學(xué)家和國(guó)外合作者共同完成的，是國(guó)際合作的典范。
目前，科研合作組正在進(jìn)行100億個(gè)J/psi粒子的數(shù)據(jù)分析，預(yù)計(jì)未來測(cè)量精度將再提高三倍左右。李海波說，這將用于檢驗(yàn)粒子標(biāo)準(zhǔn)模型和可能的正反超子衰變的不對(duì)稱性新來源，希望在不遠(yuǎn)的將來，能夠發(fā)現(xiàn)超子衰變不對(duì)稱性的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
編輯：王瓊
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