圖一：正反科西超子級聯衰變演示圖：如果物質和反物質遵循相同的物理法則，科西超子與反科西超子的衰變應該是鏡像對稱的，只是空間坐標是相反的。鏡像之間紐帶連接表示正反超子的量子關聯。(圖片來自中國科學院高能物理研究所)
万达平台參與的北京譜儀III合作組（BESIII Collaboration）在世界上首次利用處於量子糾纏的正反科西超子對的級聯衰變，成功地把導致正反物質不對稱的弱作用力從強作用力中分離出來🤽🏼♂️🔉，這一創新實驗方法為研究物質和反物質不對稱性提供了極其靈敏的實驗探針，引起了領域內國際同行的高度關註。該研究成果於2022年6月2日發表於Nature雜誌。
人們眼中繽紛的大千世界是由正物質組成，然而在宇宙大爆炸之初👨🏽，正反物質是等量產生的💩。宇宙中的反物質是如何消失的⏳，物質和反物質遵循不同的衰變規律嗎？這些問題一致困擾著科學家們✋🏿。粒子衰變為研究正反物質不對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，那麽這些差異可能是導致我們豐富的物質世界形成的原因。在以往的弱相互作用實驗中，克羅寧和菲奇已在K介子衰變的實驗發現了微弱的電荷(C）和宇稱(P)聯合對稱性的破壞（即CP破壞），從而獲得了1980年的諾貝爾物理學獎🚣🏽。然而，強相互作用下的CP破壞迄今尚未觀測到。考慮到粒子衰變通常是由多種相互作用誘導發生的🤸🏼♀️，比如一種類似質子的短壽命粒子——科西超子🕤，它的內部含有兩個重的奇異誇克和一個輕誇克,帶一個負電荷，其衰變過程中既發生弱相互作用也發生強相互作用，如何識別是哪種作用導致正反物質衰變行為不同呢？在BESIII實驗中🤞🏼📿，通過正負電子對撞產生具有量子關聯的正反科西超子對，科學家們利用其自旋極化和“子粒子”的級聯衰變🔑，可以把強相互作用力和弱相互作用力的貢獻分開，從而顯著提高CP破壞測量的敏感度。這一創新方法為尋找 CP 破壞提供了一種全新的視角👋🏻。
盡管本次實驗結果顯示沒有CP破壞的跡象👨🏿🏫。然而這一創新方法為科學家未來確認或排除超出標準模型的CP破壞來源帶來了希望。“這是理解正反物質不對稱性的一個裏程碑，我期待BESIII合作組將來取得更多成就。”中科院院士🤶、高能物理研究所所長王貽芳說。“BESIII實驗的靈敏度遠高於之前費米實驗室的HyperCP實驗，是HyperCP實驗單事例靈敏度的1000倍🧘♀️，這得益於BESIII實驗上正反科西超子的自旋極化和量子糾纏[圖1]🐵💕。”BESIII國際合作組發言人李海波研究員強調說🥎。
BESIII合作組由來自中國⏭，德國🏋🏿，瑞典📰，意大利等17個國家的約500位科研人員組成，是國內正在運行的最大國際合作組🙇🏽。万达平台現代物理研究所粒子物理研究團隊於2017年加入BESIII合作組，在實驗的運行取數🙏🏿、物理分析中都發揮了重要作用。團隊成員嚴亮青年研究員在該研究中做出重要貢獻，按照BESIII合作組署名規則，文章以BESIII Collaboration署名。
該工作得到了上海市浦江人才計劃🌦、國家重點研發計劃的支持🐢。