6月2日英国《自然》发表了我院参与的北京谱仪III实验合作组关于物质和反物质不对称性的最新研究结果，研究人员针对正反科西超子的衰变找到了一种全新的方法，为研究物质和反物质之间的不对称性提供了极其灵敏的探针。

关于解释宇宙起源这一根本问题被学界广泛接受的观点是大爆炸学说。大爆炸学说认为，宇宙产生之初应该产生了等量的正反物质，但是实际观测表明宇宙主要由正物质构成，而反物质占比很小，这就是困扰科学界近半个世纪的宇宙正反物质不对称之谜。物理学对宇宙正反物质不对称现象给出的一种解释是由于微观粒子的电荷共轭宇称（Charge conjugate Parity，简称CP）破坏导致的——即正离子和反粒子的衰变比例不相等，微观正反粒子行为的不对称导致宏观正反物质占比不对称。

自上世纪60年代以来，科学家相继在K介子、B介子和D介子对的衰变过程中发现CP破坏现象，这些发现都与标准模型的预言一致。但是这些实验结果还不能完全解释宇宙正反物质不对称性。一方面，上述介子是玻色子，而构成宇宙的物质主要是费米子；另一方面，介子系统CP破坏的比例远不能解释宇宙正物质占主导的观测事实。因此，在重子衰变中寻找CP破坏就显得尤为重要，科学界寄希望重子衰变过程的CP破坏能够解释宇宙正反物质不对称性。

微观粒子的复杂性在于其既可以通过强相互作用衰变，也可以通过弱相互作用衰变。科西超子是由两个奇异夸克和一个轻夸克构成的重子，它的衰变主要是通过奇异夸克的弱相互作用发生衰变。北京谱仪III合作组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相互作用力和强相互作用力分开，这一创新方法为实验上通过重子衰变来研究CP破坏提供了全新的思路。

北京谱仪III是运行在北京正负电子对撞机上的大型高能物理实验。通过特定能量的正负电子对撞，北京谱仪III采集了100亿的Jpsi粒子，Jpsi粒子能够以较高的分支比衰变道超子-反超子对。在这项新的研究中，科研人员就是利用Jpsi粒子衰变到正反科西超子的“自旋”信息和量子关联来测量正反科西超子衰变过程中的电荷宇称破坏。尽管该项结果显示没有观测到CP破坏的迹象，但是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。“这是理解正反物质不对称性的一个里程碑，我期待北京谱仪III合作组将取得更多成就。”中科院院士、高能物理研究所所长王贻芳说。“北京谱仪III实验的灵敏度远高于之前费米实验室的HyperCP实验，是HyperCP实验单事例灵敏度的1000倍，这得益于BESIII实验上正反科西超子的自旋极化和量子纠缠。”BESIII国际合作组发言人李海波研究员强调说。

北京谱仪III实验是由我国中科院高能所主导建设的唯一的高能粒子对撞实验，主要物理目标是对tau-粲能区的高能粒子物理开展实验研究，自2009年正式运行以来，已经在粲偶素衰变、奇特强子态研究等领域取得了有国际影响力的研究成果。郑州大学作为北京谱仪III合作组成员之一，目前已经聚集了越来越多的青年研究人员深度参与相关课题的研究，期待未来能够取得更多具有影响力的研究结果

论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-022-04624-1