黄永盛教授课题组合作完成最精确的西格玛超子衰变不对称性测量

       近日，BESIII合作组研究人员利用BESIII探测器在J/psi和psi(3686)质心能区采集的100亿和27亿数据样本，基于西格玛的及联衰变，完成了目前为超子衰变中止最精确的正反物质不对称性检验，精度达千分之一的量级。相关成果“Strong and Weak 𝐶𝑃 Tests in Sequential Decays of Polarized Σ0 Hyperons”于2024年9月4日在物理学国际顶级期刊《Physical Review Letters》杂志在线发表。我院黄永盛教授课题组做出了重要贡献，其中课题组的胡忠敏博士对文中的螺旋度振幅拟合公式进行了独立的检查和完善，并对psi(368)衰变部分的分析工作进行了独立的交叉检查。

       粒子物理的标准模型(SM)已被大量实验证据证明非常成功。然而，仍有一些问题 SM 无法回答。为什么我们的宇宙中包含的物质比反物质多得多?为什么在大爆炸初期，物质和反物质没有互相湮灭而消亡?可能的答案就是自然界存在着某种不对称性，而这种不对称性的存在催生了我们今天的物质世界。而对此问题起源的研究，一直以来都是极具挑战却也为人们所着迷。早在 1967 年，前苏联科学家 Sakharov 提出了重子数产生机制可能会解开正反物质不对称之谜。但是迄今为止，重子数产生机制尚未被理解， 这也是基础物理学中最重要的尚未解决的问题之一。而要解决重子数产生机制需要具备三个前提。第一个前提是重子数破坏的物理过程。第二个是电荷(C)和电荷宇称(CP)对称性的破坏。第三个前提是脱离热 平衡。1956 年，李杨二位先生提出了在弱相互作用中 P 破坏理论。果然在仅仅几个月后，吴健雄先生从放射性元素钴-60 的原子核衰变实验中证实弱作用下 P 对称性是破坏的。不久之后，物理学家们发现，C 对称性也被打破了。那么是否存在着一种操作，它不仅能够反射左和右，还能把粒子变成反粒子，即粒子和反粒子互为镜像，话句话说，在 C 和 P 联合宇称下，对称性是守恒的。很长一段时间里，大家都认为 CP 联合对称性应该是守恒的。然而事实并非如此，后面随着高能对撞机的发展以及借助外太空的实验，物理学家们逐渐在介子弱衰变实验中发现了 CP 破坏的证据。但是这些实验结果仍然不足以解释自然界中所有的正反物质不对称。因此，寻找新的CP破坏源尤为重要，尤其对于重子弱衰变中 CP 破坏的研究，目前为止还没有任何实验证据。

                                                                                              图为文章在线截图和J/y，y(3686)衰变中西格玛超子的自旋极化分布

       BESIII实验是目前世界上运行于陶-粲能区亮度最高的大型通用谱仪，且在该能区积累了世界上最大积分亮度的数据样本。本项工作利用BESIII探测器在J/psi和psi(3686)质心能区采集的100亿和27亿数据样本，完成了目前为止超子衰变中最精确的正反物质不对称性检验，精度达到了千分之一的量级。这些结果对于理解正反物质不对称性之谜提供了重要的实验信息，并对未来的研究有重大影响。

PRL论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.101902