圖1. 文章發(fā)表信息
理解宇宙中正物質(zhì)為何多于反物質(zhì)，是當(dāng)代物理學(xué)中的核心謎題之一。粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型所描述的電荷-宇稱對(duì)稱性破壞(CP破壞)機(jī)制，其強(qiáng)度遠(yuǎn)不足以解釋觀測(cè)到的宇宙正反物質(zhì)不對(duì)稱的程度。因此，尋找新的CP破壞來源是破解物質(zhì)起源之謎的關(guān)鍵。過去的研究主要集中在含有正反兩個(gè)夸克的介子系統(tǒng)，而對(duì)含有三個(gè)夸克的重子系統(tǒng)的CP破壞研究相對(duì)匱乏。重子衰變的動(dòng)力學(xué)比介子更復(fù)雜，理論探索面臨巨大挑戰(zhàn)。
圖2. 重子衰變過程CP破壞的示意圖
針對(duì)這一挑戰(zhàn)，蘭州大學(xué)于福升教授團(tuán)隊(duì)與合作者近期發(fā)展了基于橫動(dòng)量因子化的微擾量子色動(dòng)力學(xué)理論，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)重子衰變CP破壞動(dòng)力學(xué)的完整量子色動(dòng)力學(xué)研究。研究發(fā)現(xiàn)，具有不同軌道角動(dòng)量(如S波和P波)的衰變振幅都能產(chǎn)生顯著的CP破壞效應(yīng)，但二者相差負(fù)號(hào)、相互抵消，從而解釋了為何實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的重子直接CP破壞普遍很小。這揭示了重子衰變與介子系統(tǒng)顯著不同的CP破壞動(dòng)力學(xué)新機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出，通過特定衰變過程的角分布分析，可以構(gòu)造出具有顯著CP破壞效應(yīng)的新觀測(cè)量，為未來重子CP破壞的實(shí)驗(yàn)測(cè)量確立了清晰的研究目標(biāo)并奠定了理論基礎(chǔ)。相關(guān)理論預(yù)言如圖3所示。
圖3. B介子和 Λb 重子衰變CP破壞的實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論預(yù)言
該研究為重味重子衰變的精確計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，其成果不僅深化了對(duì)重子CP破壞動(dòng)力學(xué)機(jī)制的理解，還為未來的實(shí)驗(yàn)探索提供了理論支撐。這一突破性進(jìn)展為揭示宇宙物質(zhì)起源的奧秘邁出了重要一步，也為后續(xù)重子CP破壞相關(guān)理論研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)量開辟了新的方向。
該研究由蘭州大學(xué)于福升教授團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)完成，歷時(shí)五年攻關(guān)。該論文第一完成單位為蘭州大學(xué)稀有同位素前沿科學(xué)中心和核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，第一作者為蘭州大學(xué)萃英博士后韓佳杰，于福升教授為共同通訊作者。論文其他共同通訊作者包括中國(guó)臺(tái)灣中研院李湘楠教授、南京師范大學(xué)肖振軍教授、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)李亞副教授以及蘭州大學(xué)博士生余紀(jì)新和汪建鵬。研究工作得到了于福升主持的國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“重味重子衰變及其CP破壞的理論研究”等項(xiàng)目的支持。
