北京正负电子对撞机“撞”出新成果 反物质研究
贝壳财经讯(记者罗亦丹)贝壳财经记者从中科院高能物理所获悉，依托该所的北京正负电子对撞机的北京谱仪III实验，科研合作组完成了世界上最精确的正反科西超子衰变参数和不对称性测量，为研究物质和反物质不对称性提供了极其灵敏的实验探针。6月2日，这一研究成果在国际权威学术期刊《自然》杂志上正式刊发。“这是理解正反物质不对称性的一个里程碑，我期待北京谱仪III合作组将取得更多成就。”中科院院士、高能物理研究所所长王贻芳说。
该实验为了解决如下难题：科学家推测，在宇宙大爆炸之初产生了等量的正反物质，但为什么我们的宇宙目前只观测到了物质而没有找到反物质？这个问题困扰了科学界半个多世纪。
粒子衰变为研究正反物质不对称性提供了重要线索：物质和反物质遵循不同的衰变规律吗？如果粒子和反粒子的衰变模式存在差异，那么这些差异可能是导致我们丰富的物质世界形成的原因。然而，由于粒子衰变通常是由多种相互作用诱导发生的，比如一种类似质子的短寿命粒子——科西超子，它的内部含有两个重的奇异夸克和一个轻夸克,带一个负电荷，其衰变过程中既发生弱相互作用也发生强相互作用，但难以识别是哪种作用导致正反物质衰变行为不同的。
而北京谱仪III实验则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，这一创新方法和实验结果引起该领域世界同行的密切关注。
在北京谱仪III实验中，电子与其反粒子——正电子碰撞产生的能量是其固有质量的上万倍，电子和正电子在碰撞中湮灭，并从释放的能量中产生其他粒子或粒子对。在这项新的研究中，科研人员利用正反科西超子的“自旋”信息和量子关联来揭示正反物质不对称性，即“CP破坏”。超子衰变是寻找CP破坏的一个很有希望的狩猎场，因为它们的“自旋”方向可以通过其“子粒子”的衰变直接测量。成对的正反超子级联衰变，可以把强相互作用力和弱相互作用力的贡献分开，显著提高CP破坏测量的敏感度。北京谱仪III实验这一创新方法为寻找CP破坏提供了一种全新的视角。
尽管《自然》一文中给出的结果显示没有CP破坏的迹象，然而，这一创新方法为科学家未来确认或排除超出标准模型的CP破坏来源带来了希望。“北京谱仪III实验的灵敏度远高于之前费米实验室的HyperCP实验，是HyperCP实验单事例灵敏度的1000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。”北京谱仪III国际合作组发言人李海波研究员强调说。
北京谱仪III探测器。图片来源：中科院高能物理所
北京谱仪III探测器是我国自主研发的大型高能实验装置，吸引了来自17个国家的80家科研机构约500个科研人员，北京谱仪III实验国际合作组成立于2008年，是由来自亚洲、欧洲和美洲等17个国家80个研究机构约500名科学家组成的国际合作组，也是目前国内正在运行的最大国际合作组，这一结果是由中国科学家和国外合作者共同完成的，是国际合作的典范。
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