前不久，中科院的小伙伴在群里說高能物理所出了個“淺顯易懂”的重磅成果。我們這幫科技記者的表情是這樣的……
更麻煩的是，這個成果里面有許多奇奇怪怪的物理學符號。我看到論文的時候，大腦和電腦同時發(fā)出了吶喊：這是什么？這個又是什么？我是誰，我在哪兒……
當我懷著崩潰的心情把論文讀下去后，我發(fā)現(xiàn)我們中國科學家主導的這個試驗實在是太厲害了！怪不得能吸引來自17個國家的500多位科學家參與！怪不得論文能登上世界頂級學術期刊《自然》雜志。
簡單概括就是我們發(fā)現(xiàn)了一種創(chuàng)新的實驗方法，為研究物質(zhì)和反物質(zhì)不對稱性提供了極其敏銳的實驗探針。
這項新方法可能會幫助我們解開當下最大的科學謎題之一：我們的宇宙為什么是由物質(zhì)組成的？要想理解這項深奧的成果，我們需要回到宇宙誕生之初。
在粒子物理學中，自然界的每一種粒子都有其相應的反粒子。這些反粒子和它們對應粒子的質(zhì)量相同，但電磁屬性相反。例如電子(electron)是帶負電荷，它的反粒子就是著名的帶正電荷的正電子(positron)。因此，由正常粒子組成的物質(zhì)叫正物質(zhì)，由反粒子組成的物質(zhì)叫反物質(zhì)。
宇宙大爆炸理論認為宇宙誕生之際應該產(chǎn)生了等量的正物質(zhì)和反物質(zhì)。正反物質(zhì)如果碰到一起會發(fā)生湮滅(annihilation)并釋放大量能量，有時湮滅后還會產(chǎn)生像中微子(neutrino)和夸克(quark)等其他基本粒子。
但奇怪的事兒來了，為什么現(xiàn)在小至地球上的微小生物，大至宇宙中的龐大星體，世間萬物都是物質(zhì)做的呢？現(xiàn)在我們得費老大的勁才能在實驗室環(huán)境中造出一點反物質(zhì)，那自然界中的反物質(zhì)都去哪兒了？
Yet for some unknown reason, everything we see today, from the smallest life-form on Earth to the largest stellar object, is made of almost entirely of matter. In comparison, there is not much antimatter to be found, and it takes enormous effort and a great deal of engineering just to produce a tiny amount in the lab.
到底是什么打破了正反物質(zhì)平衡？這個問題困擾了科學界大半個世紀，有的物理學家腦洞大開：正物質(zhì)和反物質(zhì)會不會遵循了不同的物理法則？
Something must have happened to tip the balance. The problem of matter-antimatter asymmetry has puzzled the scientific community for more than half a century, leading some to hypothesize that matter and antimatter may be governed by slightly different laws of physics.
正反粒子不遵循相同物理法則的這個現(xiàn)象叫CP破壞。這可比什么明星CP破裂上熱搜要重要的多了，因為這關系到現(xiàn)實世界的存在機制。
Should particles and antiparticles not actually follow the same physical laws, the phenomenon would be referred to as a violation of charge conjugation and parity symmetry, a violation of CP symmetry, or just CP violation for short.
有趣的是，粒子物理學標準模型推測極其微小的CP破壞應該是存在的，這讓科學家激動萬分。全球多個團隊想通過觀測正反粒子的衰變，希望能發(fā)現(xiàn)那細微的CP破壞，解開世界為什么是由物質(zhì)構成之謎。
想要觀測正反粒子的衰變，就得先造出正反粒子。鋪墊這么多，終于輪到我們今天的主角了：安裝在北京正負電子對撞機上的北京譜儀III探測器。
北京譜儀III探測器
北京譜儀III探測器是我國自主研發(fā)的大型高能實驗裝置，實驗吸引了來自全球80家科研機構約500位科研人員，是目前國內(nèi)正在運行的最大國際合作組。
在北京譜儀III實驗中，科學家通過讓電子與其反粒子正電子碰撞，造出了一個特殊的重子：超子(hyperon)。超子和質(zhì)子一樣，由3個夸克組成，但超子會至少含有一個奇異夸克(strange quark)?？莆鞒邮呛袃蓚€奇異夸克的超子，而北京譜儀III實驗可以大量生產(chǎn)由科西超子和反科西超子組成的正反科西超子對。
正反科西超子對級聯(lián)衰變演示圖
科學家可以利用正反科西超子的“自旋”信息和量子關聯(lián)來揭示CP破壞的關鍵參數(shù)，再通過觀察正反科西超子對級聯(lián)衰變，大大提升實驗對CP破壞測量的敏感度。
北京譜儀III實驗這一創(chuàng)新方法為尋找CP破壞提供了一種全新的視角。盡管這期發(fā)表在《自然》的成果顯示沒有CP破壞的跡象，但隨著樣本數(shù)和更先進儀器的幫助，專家認為這一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。
In the end, scientists found no signs of CP violation, according to the study in Nature. But the BESIII experiment presented a new angle on the search for CP violation. Scientists say the statistical precision of the experiment may improve once more samples and more advanced facilities are available, which could either confirm or rule CP violation out beyond the Standard Model.
怎么樣，是不是很淺顯易懂？看懂的請在評論區(qū)扣這個“神秘”符號，發(fā)現(xiàn)你微信里的物理大神。
引自中國日報雙語新聞 2022.6.3版 原地址：https://mp.weixin.qq.com/s/Fs0dP6CJWupN41TIS6Kz8g
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