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正反科西超子级联衰变演示图:如果物质和反物质遵循相同的物理法则,科西超子与反科西超子的衰变应该是镜像对称的,只是空间坐标是相反的。镜像之间纽带连接表示正反超子的量子关联。
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而非反物质?物质和反物质遵循不同的物理规律吗?
记者从中国科学院高能物理研究所获悉,依托该所的北京正负电子对撞机上北京谱仪III实验在最近的一次测量中证实了一种全新的方法,为研究物质和反物质之间的差异提供了极其灵敏的探针。2022年6月2日,这一重大成果刊发于国际权威学术期刊《自然》。
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我们今天丰富的物质世界形成的原因。
与我们熟悉的质子和中子一样,超子也是一类重子,但它在地球上是不存在的,它可以在高能宇宙线和地球大气层撞击时产生,在短暂飞行后衰变消失,是一种不稳定粒子。
精确地测量超子和反超子衰变的不对称性(即超子衰变中的CP破坏),是检验粒子物理标准模型的重要手段。CP破坏是粒子物理学中的一个术语,它说明弱相互作用下正反物质的衰变概率可能不同。李政道和杨振宁正是发现“弱相互作用下宇称不守恒”,获得1957年诺贝尔物理学奖。
之前,科学家从未在重子衰变中发现过CP破坏,通过实验寻找重子中的CP破坏,对于人们理解宇宙之初反物质消失之谜有重要科学意义。
北京谱仪III实验以前所未有的精度(小于千分之二)测量了正反“科西超子”的不对称参数。合作组发言人李海波研究员介绍,这一创新研究解决了30年来不能同时对超子和其反粒子进行测量的困境,为寻找CP破坏提供了一种全新的视角。
“这是理解正反物质不对称的一个里程碑,已经引起国际同行的关注,被国际轻子光子大会邀请为大会专题报告。”中科院院士、高能物理研究所所长王贻芳介绍,接下来,北京谱仪III实验的测量精度有望再提高三倍左右。“北京谱仪III探测器还将运行大约10年左右,希望在不远的将来能够发现超子CP破坏的实验证据。”
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80家科研机构的约500名科研人员,是目前国内正在运行的最大国际合作组。此次实验结果正是由中国科学家和国外合作者共同完成。
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