人民網(wǎng)北京6月2日電 （記者趙竹青）記者從中國科學(xué)院獲悉，北京譜儀III合作組實(shí)現(xiàn)了一種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，為研究物質(zhì)和反物質(zhì)不對稱性提供了極其靈敏的實(shí)驗(yàn)探針。相關(guān)研究成果于2022年6月2日在《自然》雜志上正式刊發(fā)。
盡管在宇宙大爆炸之初應(yīng)該產(chǎn)生等量的正反物質(zhì)，為什么我們的宇宙卻只有物質(zhì)組成而非反物質(zhì)？這個(gè)問題困擾了科學(xué)界半個(gè)多世紀(jì)。物質(zhì)和反物質(zhì)遵循不同的規(guī)律嗎？粒子衰變?yōu)檠芯空次镔|(zhì)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(dǎo)致我們今天豐富的物質(zhì)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(dǎo)發(fā)生的，比如一種類似質(zhì)子的短壽命粒子叫做科西超子，它的內(nèi)部含有兩個(gè)重的奇異夸克和一個(gè)輕夸克,帶一個(gè)負(fù)電荷，其衰變過程中既有弱也有強(qiáng)作用發(fā)生，如何識別是哪種作用導(dǎo)致正反物質(zhì)衰變行為不同呢？北京譜儀III實(shí)驗(yàn)最近首次利用處于量子糾纏的正反科西超子對的級聯(lián)衰變，成功地把導(dǎo)致正反物質(zhì)不對稱的弱作用力從強(qiáng)作用力中分離出來，這一創(chuàng)新方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果引起該領(lǐng)域世界同行的密切關(guān)注。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是北京譜儀III實(shí)驗(yàn)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(gè)國家80個(gè)研究機(jī)構(gòu)約500名科學(xué)家組成的國際合作組。在北京譜儀III實(shí)驗(yàn)中，電子與其反粒子正電子碰撞的能量是其固有質(zhì)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(chǎn)生其他粒子或粒子對。在這項(xiàng)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(guān)聯(lián)來揭示正反物質(zhì)不對稱性，粒子物理學(xué)家稱為“CP破壞”。超子衰變是尋找CP破壞的一個(gè)很有希望的狩獵場，因?yàn)樗鼈兊摹白孕狈较蚩梢酝ㄟ^其“子粒子”的衰變直接測量。考慮成對的正反超子級聯(lián)衰變，可以把強(qiáng)力和弱力的貢獻(xiàn)分開，導(dǎo)致對CP破壞測量的敏感度顯著提高。北京譜儀III實(shí)驗(yàn)這一創(chuàng)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(jié)果顯示沒有CP破壞的跡象。然而，這一創(chuàng)新方法為科學(xué)家未來確認(rèn)或排除超出標(biāo)準(zhǔn)模型的CP破壞來源帶來了希望?！斑@是理解正反物質(zhì)不對稱性的一個(gè)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實(shí)驗(yàn)的靈敏度遠(yuǎn)高于之前費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的HyperCP實(shí)驗(yàn)，是HyperCP實(shí)驗(yàn)單事例靈敏度的1000倍，這得益于北京譜儀III實(shí)驗(yàn)上正反科西超子的自旋極化和量子糾纏?！北本┳V儀III國際合作組發(fā)言人李海波研究員強(qiáng)調(diào)說。
北京譜儀III探測器是我國自主研發(fā)的大型高能實(shí)驗(yàn)裝置，吸引了來自17個(gè)國家的80家科研機(jī)構(gòu)約500個(gè)科研人員，是目前國內(nèi)正在運(yùn)行的最大國際合作組，這一結(jié)果是由中國科學(xué)家和國外合作者共同完成的，是國際合作的典范。
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