中國青年報(bào)客戶端北京6月2日電（中青報(bào)·中青網(wǎng)見習(xí)記者 楊潔）記者今天從中科院高能所獲悉，北京譜儀III合作組近日實(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)之間的差異提供了極其靈敏的實(shí)驗(yàn)探針。相關(guān)研究成果于6月2日在《自然》雜志上正式刊發(fā)。
一個困擾了科學(xué)界半個世紀(jì)的問題是：在宇宙大爆炸之初應(yīng)該產(chǎn)生等量的正反物質(zhì)，那么為什么宇宙卻只有物質(zhì)組成而非反物質(zhì)？物質(zhì)和反物質(zhì)遵循不同的規(guī)律嗎？
北京譜儀III實(shí)驗(yàn)國際合作組發(fā)言人、中科院高能所研究員李海波說，粒子衰變?yōu)檠芯空次镔|(zhì)不對稱提供了重要線索：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)子的短壽命粒子叫作科西超子，它的內(nèi)部含有兩個重的奇異夸克和一個輕夸克，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)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)果引起領(lǐng)域世界同行的密切關(guān)注。
正反科西超子級聯(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，科西超子與反科西超子的衰變應(yīng)該是鏡像對稱的，只是空間坐標(biāo)是相反的。鏡像之間紐帶連接表示正反超子的量子關(guān)聯(lián)。中科院高能所供圖
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?？紤]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。
北京譜儀III探測器側(cè)面照。中科院高能所供圖
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)不對稱的一個里程碑，我期待北京譜儀III合作組將取得更多成就?！敝锌圃涸菏俊⒏吣芪锢硌芯克L王貽芳說。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。
北京譜儀III探測器是我國自主研發(fā)的大型高能物理實(shí)驗(yàn)裝置，吸引了來自17個國家的80家科研機(jī)構(gòu)約500個科研人員，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。
源自中國青年報(bào)客戶端 2022.6.2版 原地址：https://s.cyol.com/articles/2022-06/02/content_DWLE8NC3.html?gid=2V1Qqd1E
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