北京譜儀Ⅲ開創(chuàng)探索正反物質(zhì)不對稱性新方法
◎本報記者 陸成寬
在宇宙大爆炸之初，正反物質(zhì)是一起產(chǎn)生的。但是，宇宙中如今只有正物質(zhì)，沒有發(fā)現(xiàn)任何反物質(zhì)。那么，宇宙誕生之初的反物質(zhì)去哪里了？這個問題困擾了科學界半個多世紀。
6月1日，《自然》雜志報道了一項關(guān)于科西超子的重要研究成果。依托北京正負電子對撞機的“眼睛”——北京譜儀Ⅲ，中外高能物理學家首次利用處于量子糾纏的正反科西超子對的級聯(lián)衰變，成功將導致正反物質(zhì)不對稱的弱作用力從強作用力中分離出來。這一創(chuàng)新實驗方法為研究物質(zhì)和反物質(zhì)之間的差異提供了極其靈敏的探針。
“這項成果不僅更精確地驗證了標準模型的預言是正確的，而且發(fā)展了一種新的測量方法，打破了30年來不能同時對超子及其反粒子進行測量的困境，為揭開宇宙原初反物質(zhì)消失之謎帶來了希望。”在接受采訪時，中科院高能物理研究所研究員李海波指出。
超子是一類重子，是早期在宇宙線實驗中發(fā)現(xiàn)的不穩(wěn)定粒子。與質(zhì)子或中子不同，超子內(nèi)部至少含有一個奇異夸克。
作為超子的一種，科西超子由兩個奇異夸克和一個下夸克組成，它的壽命很短，只有160皮秒。在科西超子生命的盡頭，它會衰變成一個蘭布達超子，同時釋放一個帶電的π介子；蘭布達超子的壽命也不長，有260皮秒，它最后會衰變成一個質(zhì)子和一個帶電的π介子。
科西超子的這種母粒子衰變成子粒子，子粒子再衰變的過程，被科學家稱為科西超子的級聯(lián)衰變?！斑@種級聯(lián)衰變帶有很豐富的自旋極化信息，可以通過其精確測量超子和反超子衰變的不對稱性，即測量超子衰變中的CP破壞。”李海波說，測量超子衰變中的CP破壞是檢驗標準模型的重要手段。
20世紀60年代以來，國外科學家已經(jīng)在不同介子系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)CP破壞現(xiàn)象，這些發(fā)現(xiàn)都與粒子物理的標準模型的預言一致。然而，科學家從未在重子衰變中發(fā)現(xiàn)過CP破壞。李海波介紹，在實驗上尋找重子衰變中的CP破壞，對于理解宇宙原初反物質(zhì)消失之謎有著重要的科學意義。
幸運的是，北京譜儀Ⅲ為測量超子衰變中CP破壞提供了絕佳的條件。
“北京譜儀Ⅲ實驗?zāi)軌蚴占酱罅康目莆鞒?，這些正反科西超子都處于量子相干狀態(tài)，我們利用這一獨特的量子相干效應(yīng)，以及科西超子的級聯(lián)衰變和自旋極化信息，以前所未有的精度測量了正反科西超子的不對稱參數(shù)，并首次測量了超子衰變中弱相互作用和強相互作用相因子，給出3種CP不對稱性最精確的測量結(jié)果?！崩詈２ㄕf，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。
對此，中國科學院院士、高能物理研究所所長王貽芳說：“這是理解正反物質(zhì)不對稱的一個里程碑，我期待北京譜儀Ⅲ合作組取得更多成就?！?div style="height:15px;">
李海波表示，盡管這項研究成果顯示沒有CP破壞的跡象，然而，這一創(chuàng)新方法為科學家未來確認或排除超出標準模型的CP破壞帶來了希望。
（《科技日報》2022年6月日，第 2 版）
