北京谱仪ⅲ开创探索正负物质不对称性的新方法

大爆炸开始时，正负物质一起产生。然而今天的宇宙中只有正物质，还没有发现反物质。那么，宇宙诞生之初，反物质去了哪里？这个问题困扰了科学界半个多世纪。

6月1日《自然》杂志报道了一项关于柯西超子的重要研究成果。依托北京正负电子对撞机“天眼”3354北京谱仪，中外高能物理学家首次利用量子纠缠中正负柯西超子对的级联衰变，成功地将导致正负物质不对称的弱力与强力分离开来。这种创新的实验方法为研究物质和反物质的区别提供了极其灵敏的探针。

“这一成果不仅更准确地验证了标准模型的预测是正确的，而且发展了一种新的测量方法，打破了30年来超子及其反粒子不能同时测量的困境，为揭开宇宙中原有的反物质消失之谜带来了希望。”中国科学院高能物理研究所研究员李海波在接受采访时指出。

超子是重子的一种，是早期宇宙线实验中发现的不稳定粒子。与质子或中子不同，超子内部至少包含一个奇怪的夸克。

柯西超子作为超子的一种，由两个奇异夸克和一个较低夸克组成，寿命很短，只有160皮秒。在柯西超子生命末期，它会衰变为一个超子，同时释放出一个带电荷的介子；超子的寿命很短，只有260皮秒，它最终会衰变成一个质子和一个带电的介子。

柯西超子母粒子衰变为子粒子，子粒子再衰变的过程被科学家称为柯西超子级联衰变。“这种级联衰变富含自旋极化信息，通过它可以精确测量超子和反超子衰变的不对称性，即可以测量超子衰变中的CP破坏。”李海波说，测量超子衰变中的CP损伤是检验标准模型的重要手段。

自20世纪60年代以来，国外科学家在不同的介子系统中发现了CP破坏，这些发现与粒子物理标准模型的预言是一致的。然而，科学家从未在重子衰变中发现CP损伤。李海波介绍，在实验上发现重子衰变中的CP破坏，对于理解宇宙中原有的反物质消失之谜具有重要的科学意义。

幸运的是，北京谱仪为测量超子衰变中的CP破坏提供了极好的条件。

“北京谱仪实验可以收集到大量的柯西超子，这些正负柯西超子处于量子相干态。利用这种独特的量子相干效应，以及柯西超子的级联衰变和自旋极化信息，我们以前所未有的精度测量了正负柯西超子的非对称参数，首次测量了超子衰变中的弱相互作用和强相互作用相位因子，给出了三种CP非对称性最精确的测量结果。”李海波说，北京谱仪实验的创新方法为寻找CP损伤提供了新的视角。

对此，中国科学院院士、高能物理研究所所长王说：“这是认识正负物质不对称性的一个里程碑。期待北京谱仪三期合作组取得更多成果。”

李海波说，虽然研究结果没有显示CP损伤的迹象，但这种创新方法为科学家在未来确认或排除标准模型之外的CP损伤带来了希望。