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        北京譜儀Ⅲ開創(chuàng)探索正反物質(zhì)不對(duì)稱性的新方法

        2022-06-29 18:59:32
        河南科技 2022年11期

        2022年6月2日,記者從中國科學(xué)院獲悉,北京譜儀Ⅲ合作組實(shí)現(xiàn)了一種創(chuàng)新試驗(yàn)方法,為研究物質(zhì)和反物質(zhì)不對(duì)稱性提供了極其靈敏的試驗(yàn)探針。相關(guān)研究成果于2022年6月2日在《自然》雜志上正式刊發(fā)。

        盡管在宇宙大爆炸之初應(yīng)該產(chǎn)生等量的正反物質(zhì),為什么我們的宇宙卻只有物質(zhì)組成而非反物質(zhì)?這個(gè)問題困擾了科學(xué)界半個(gè)多世紀(jì)。物質(zhì)和反物質(zhì)遵循不同的規(guī)律嗎?粒子衰變?yōu)檠芯空次镔|(zhì)不對(duì)稱性提供了重要線索:如果粒子和反粒子的衰變模式存在差異,那么這些差異可能是導(dǎo)致我們今天豐富的物質(zhì)世界形成的原因。然而,由于粒子衰變通常是由多種相互作用誘導(dǎo)發(fā)生的,比如一種類似質(zhì)子的短壽命粒子叫作科西超子,它的內(nèi)部含有兩個(gè)重的奇異夸克和一個(gè)輕夸克,帶一個(gè)負(fù)電荷,其衰變過程中既有弱也有強(qiáng)作用發(fā)生,如何識(shí)別是哪種作用導(dǎo)致正反物質(zhì)衰變行為不同呢?北京譜儀Ⅲ試驗(yàn)最近首次利用處于量子糾纏的正反科西超子對(duì)的級(jí)聯(lián)衰變,成功地把導(dǎo)致正反物質(zhì)不對(duì)稱的弱作用力從強(qiáng)作用力中分離出來,這一創(chuàng)新方法和試驗(yàn)結(jié)果引起該領(lǐng)域世界同行的密切關(guān)注。

        試驗(yàn)數(shù)據(jù)是北京譜儀Ⅲ試驗(yàn)國際合作組收集的,合作組成立于2008年,是由來自亞洲、歐洲和美洲等17個(gè)國家80個(gè)研究機(jī)構(gòu)約500名科學(xué)家組成的國際合作組。在北京譜儀Ⅲ試驗(yàn)中,電子與其反粒子正電子碰撞的能量是其固有質(zhì)量的上萬倍。在這些碰撞中,電子和正電子湮滅,并從釋放的能量中產(chǎn)生其他粒子或粒子對(duì)。在這項(xiàng)新的研究中,科研人員利用正反科西超子的“自旋”信息和量子關(guān)聯(lián)來揭示正反物質(zhì)不對(duì)稱性,粒子物理學(xué)家稱為“CP破壞”。超子衰變是尋找CP破壞的一個(gè)很有希望的狩獵場(chǎng),因?yàn)樗鼈兊摹白孕狈较蚩梢酝ㄟ^其“子粒子”的衰變直接測(cè)量??紤]成對(duì)的正反超子級(jí)聯(lián)衰變,可以把強(qiáng)力和弱力的貢獻(xiàn)分開,導(dǎo)致對(duì)CP破壞測(cè)量的敏感度顯著提高。北京譜儀Ⅲ試驗(yàn)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《自然》一文中給出的結(jié)果顯示沒有CP破壞的跡象。然而,這一創(chuàng)新方法為科學(xué)家未來確認(rèn)或排除超出標(biāo)準(zhǔn)模型的CP破壞來源帶來了希望?!斑@是理解正反物質(zhì)不對(duì)稱性的一個(gè)里程碑,我期待北京譜儀Ⅲ合作組將取得更多成就。”中科院院士、高能物理研究所所長王貽芳研究員說。“北京譜儀Ⅲ試驗(yàn)的靈敏度遠(yuǎn)高于之前費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的HyperCP試驗(yàn),是HyperCP試驗(yàn)單事例靈敏度的1 000倍,這得益于北京譜儀Ⅲ試驗(yàn)上正反科西超子的自旋極化和量子糾纏?!北本┳V儀Ⅲ國際合作組發(fā)言人李海波研究員強(qiáng)調(diào)說。

        北京譜儀Ⅲ探測(cè)器是我國自主研發(fā)的大型高能試驗(yàn)裝置,吸引了來自17個(gè)國家的80家科研機(jī)構(gòu)約500名科研人員,是目前國內(nèi)正在運(yùn)行的最大國際合作組,這一結(jié)果是由中國科學(xué)家和國外合作者共同完成的,是國際合作的典范。

        (來源:人民網(wǎng))0CAB6383-7128-488E-93D4-F720E2AF9F4C

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