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AI视频丨“零”的价值,北京谱仪III让超子测量精度提高1000倍
中科院之声 2026-11-11 10:40:44
▲研究将超子电偶极矩测量精度提高约1000倍

宇宙中物质随处可见,反物质却十分稀少。宇宙早期曾产生大量物质和反物质,二者相遇便会湮灭、转化为能量。那为什么如今的宇宙还留存着大量物质?答案或许藏在物质与反物质之间细微的不对称中。但已知的不对称效应,不足以解释这一谜题。


日前,中国科学院大学联合中国科学院高能物理研究所等,利用北京谱仪III实验,将Λ超子电偶极矩的测量精度提高了约1000倍,打破了长期存在的测量瓶颈。


01



叠看胶片测“偏心”




Λ超子由上夸克、下夸克和奇异夸克构成,整体不带电,但内部夸克带有电荷。如果Λ超子正负电荷分布“偏心”,就可能表现出固有电偶极矩。一旦科研人员测出该信号,就代表物理对称性破缺,这是研究物质与反物质不对称的关键线索。


研究人员把Λ超子比作为不停旋转的小陀螺,粒子自旋就像陀螺的转轴。但它的平均寿命仅百亿分之几秒,信号很难捕捉,难以观察它在磁场中的变化。


为此,研究团队另辟蹊径,借助量子纠缠寻找答案。在北京谱仪III实验中,J/ψ粒子可以衰变成一对Λ超子和反Λ超子。根据衰变产物的方向分布,既能反推出母粒子的自旋信息,又能分析这对超子的自旋关联。


这好比两张透明胶片,单独看像杂乱的线条,叠在一起却能看出图案。研究利用量子纠缠,观测粒子产生和衰变的方向,开展全角分布分析,捕捉电偶极矩可能留下的微弱的不对称痕迹。


▲Λ超子与反Λ超子量子纠缠的艺术图(图片来源:BESIII合作组)

02



“零”的价值




研究选取约300万对高纯度超子,测量量级从约10⁻16e·cm推进到约10⁻19e·cm,精度提升约1000倍。在这一新水平下,团队开展了严格的检验。


为避免主观预判带来偏差,团队采用“盲分析”方法,遮住关键测量结果,先确定分析规则再查看结果,并配合校准和模拟排查虚假信号。


实验没有发现明显的非零Λ超子电偶极矩信号,但这种“零结果”同样意义重大,为Λ超子电偶极矩划定了更严格的上限,对部分相关理论形成约束。


研究还验证了新的实验路线:利用量子纠缠的粒子与反粒子体系,高精度探索极短寿命粒子的电偶极矩。后续团队计划将这一方法推广到更多超子体系,通过相互补充验证,寻找物质与反物质不对称的线索。


来源:中国科学院大学


责任编辑:侯茜

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发布时间:2026-11-11 07:32:47


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