图1 北京谱仪III探测器
图2 正反科西超子级联衰变演示图
在国家自然科学基金项目（批准号：11935018、12075107、12005113）等的资助下，在北京正负电子对撞机上北京谱仪III国际合作组利用量子干涉效应和级联衰变与自旋极化信息，实现了正反科西超子的不对称参数和弱相互作用与强相互作用相因子的测量，为研究物质和反物质不对称性提供了极其灵敏的实验探针。相关成果以“量子纠缠的双奇异重子电荷-宇称不对称和弱相位测量（Probing CP symmetry and weak phases with entangled double-strange baryons）”为题，于2022年6月2日发表于《自然》（Nature）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04624-1。
反物质消失之谜，是人类追寻宇宙物质起源历程中，迄今未能解决的难题。粒子衰变为研究正反物质不对称性提供了重要线索：如果粒子和反粒子的衰变模式存在差异，那么这些差异可能是导致物质世界形成的原因。超子是在宇宙线实验中发现的一类重子，与质子和中子不同，其内部至少含有一个奇异夸克。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破坏是检验粒子物理标准模型的重要手段，对于理解宇宙原初反物质消失之谜有重要科学意义。
北京谱仪III探测器（图1）是我国自主研发的大型高能实验装置，吸引了来自17个国家的80家科研机构约500个科研人员。北京谱仪III实验首次利用处于量子纠缠的正反科西超子对的级联衰变，将导致正反物质不对称的弱作用力从强作用力中分离出来，实现了对超子和其反粒子的同时测量。在实验中，电子与正电子被分别加速至其固有质量的上万倍，电子和正电子面对面碰撞后湮灭，从释放的能量中产生粒子。在13亿J/ 衰变事例中重建出约7万个正-反科西超子对，本底污染率小于千分之一。衰变产生的正-反科西超子处于量子相干状态，利用量子干涉效应，以及科西超子的级联衰变和自旋极化信息，精确测量了正反科西超子的不对称参数，给出了超子衰变中弱相互作用和强相互作用相因子，实现了对CP破坏弱相因子的直接探测（图2）。
该研究解决了长期以来不能同时对超子和其反粒子测量的困境，为寻找超出标准模型的CP破坏来源提供了新视角。