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北京谱仪III探测器。 中科院高能所 供图
中新网北京6月2日电 (记者 孙自法)尽管在宇宙大爆炸之初应该产生等量的正反物质，为什么我们的宇宙却只有物质组成而非反物质？物质和反物质遵循不同的规律吗？两者有何不同？
困扰了科学界半个多世纪的这些难题，随着北京正负电子对撞机上北京谱仪III(BESIII)最新完成一项粒子物理领域的重大突破，有望迎来解决的契机。
作为北京正负电子对撞机上的核心装置和唯一粒子物理实验装置，大科学装置北京谱仪III像“眼睛”一样注视正负电子对撞过程，它在最近的一次测量中实现一种创新实验方法，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。
来自中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)的最新消息说，由北京谱仪III实验国际合作组中外科学家们共同完成的这项重要基础研究成果论文，北京时间6月1日晚在国际著名学术期刊《自然》上线发表。
正反科西超子级联衰变演示图。镜像之间纽带连接表示正反超子的量子关联。 中科院高能所 供图
北京谱仪III实验国际合作组发言人、中科院高能所李海波研究员介绍说，粒子衰变为研究正反物质不对称提供了重要线索：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今天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叫做科西超子，它的内部含有两个重的奇异夸克和一个轻夸克，其衰变过程中既有弱也有强作用发生，如何识别是哪种作用导致正反物质衰变行为不同呢？
北京谱仪III实验最近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粒子物理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的能量是其固有质量的上万倍。在这些碰撞中，电子和正电子湮灭，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，粒子物理学家称之为“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。考虑成对的正反超子级联衰变，可以把强力和弱力的贡献分开，导致对CP破坏测量的敏感度显著提高。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。
中科院院士、中科院高能所所长王贻芳研究员指出，尽管《自然》最新发表论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。他说，北京谱仪III实验最新测量结果此前已引起国际同行关注，并被2021年国际轻子光子大会邀请为大会专题报告，“这是理解正反物质不对称的一个里程碑，我期待北京谱仪III实验国际合作组取得更多成就。”
李海波还强调，北京谱仪III实验的灵敏度远高于之前美国费米实验室的HyperCP实验，是HyperCP实验单事例灵敏度的1000倍，这得益于北京谱仪III实验上正反科西超子的自旋极化和量子纠缠。针对北京谱仪III实验此次测量的高精度，他形象比喻说，这好比一般测量方法在地球上只能看到月球上的环形山，而用北京谱仪III最新的测量方法，就可以看到着陆月球上的“嫦娥三号”探测器一样。
北京谱仪III探测器是中国自主研发的大型高能实验装置，该实验国际合作组成立于2008年，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，是目前中国国内大科学装置上正在运行的最大国际合作组，中外科学家这次通过北京谱仪III实验合作完成的粒子物理重大突破成果，也成为科研领域国际合作的典范。(完)
【编辑:程春雨】
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