兰州大学科研人员合作完成正反超子物质不对称性参数测量工作

近日，北京谱仪（BESIII）实验完成了正反超子物质不对称性参数的测量工作。相关成果“Probing CP symmetry and weak phases with entangled double- strange baryons”于6月1日在《Nature》杂志在线发表。兰州大学物理科学与技术学院王雄飞青年研究员做出了重要贡献。

图为王雄飞青年研究员在北京正负电子对撞机BESIII实验控制室参加值班取数

超子是一类重子，是早期在宇宙线实验中发现的不稳定粒子。超子与质子或中子不同，其内部至少含有一个奇异夸克(s)。科西（Xi）超子是由两个奇异夸克和一个轻夸克组成，也称为双奇异超子，他们主要通过奇异夸克的弱衰变消失掉。精确测量超子和反超子衰变的不对称性，即测量超子衰变中的 CP 破坏是检验标准模型的重要手段。在实验上，国外科研人员相继在 K 介子、B 介子和 D 介子系统中发现 CP 破坏现象，但这些结果仍然不足以解释宇宙中的所有正反物质不对称性。尤其在重子衰变中从未发现过CP 破坏。因此，寻找重子中的 CP 破坏对于理解宇宙原初反物质消失之谜有重要科学意义。

目前BESIII实验已经收集了约 100 亿J/psi粒子，得益于BESIII完美的探测器设计，此项工作仅用 13%的数据量干净地重建出约7万个正反双奇异超子对，本底污染小于0.1%水平。同时从J/psi衰变出来的正反科西超子处于量子相干状态，研究人员利用这一独特的量子干涉效应，以及科西超子的级联衰变和自旋极化信息，以前所未有的精度测量了正反科西超子的不对称衰变参数，并首次测量了超子衰变中弱相互作用和强相互作用相因子，同时给出了三种 CP 不对称性最精确的测量结果。量子化、对称性和相因子是现代物理学的基石，此项工作首次实现了对量子化、对称性和相因子的同时探测。

图为科西超子级联衰变和自旋极化示意图

图为在线论文首页截图

王雄飞从研究生阶段开始参加BESIII实验，十多年来，一直围绕着超子对的产生、超子的极化、超子衰变中的对称性等物理问题进行研究，尤其在双奇异超子物理研究方面，已经做出了许多创新性工作。目前他在Physical Review Letters、Physics Letters B和Physical Review D（Letter）等国际学术期刊上发表了十多篇由其主导的高能物理实验论文。正是基于这些前期的积累，王雄飞研究员有幸与BESIII合作组成员一道推动了这一发表在《Nature》上的正反双奇异超子物质不对称性参数测量工作。

目前，基于100亿J/psi数据的相关分析正在推进当中。测量精度将再提高三倍左右。这将是对重子CP不对称最敏感的测量，用于检验标准模型和可能的CP破坏新来源。希望在不远的将来能够发现超子CP破坏的实验证据。

该工作得到了国家自然科学基金青年项目和面上项目的支持。

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

新闻背景：

BESIII合作组利用北京正负电子对撞机（BEPCII）上的BESIII探测器进行tau-粲能区的高能粒子物理实验研究，已经取得了一批在国际上有重要影响的研究成果，使我国在高能物理前沿占有了一席之地。2009年兰州大学在刘翔教授的带领下正式加入BESIII国际合作组成为正式成员，后面随着更多从事高能物理实验的青年才俊的加入，兰大也有了实质性从事BESIII实验的队伍。BESIII国际合作组的规定，合作组论文由全体成员署名，按作者姓氏的英文字母顺序排序，次序不表明贡献大小。

这是兰州大学“理论物理交流平台”升级为“兰州理论物理中心”（基金委理论物理专款在全国资助建设的第三个理论物理研究中心）以来在Nature杂志发表的第一篇文章。