中新網(wǎng)北京5月11日電 (記者 孫自法)記者5月11日從中國科學(xué)院高能物理研究所(高能所)獲悉，利用北京正負電子對撞機上的北京譜儀III(BESIII)探測器，中國科學(xué)家最近首次清晰“拍下”被譽為微觀世界“終極煙花秀”的罕見過程——反物質(zhì)粒子“反Λ重子”與普通質(zhì)子碰撞湮滅的瞬間，并精確測量了其中產(chǎn)生的粒子種類和數(shù)量。
本項研究揭示反Λ粒子與質(zhì)子碰撞并湮滅過程的示意圖。中國科學(xué)院高能所 供圖這項基礎(chǔ)領(lǐng)域高能粒子物理方向的重要研究成果，由中國科學(xué)院高能所北京譜儀III實驗團隊完成，相關(guān)論文近日在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》發(fā)表，備受學(xué)界關(guān)注。
北京譜儀III實驗團隊介紹說，在粒子物理的世界里，像質(zhì)子、中子這樣的粒子，都是由一些更小的“積木”組合而成。這些更為基本的積木，既包括“上夸克”和“下夸克”等組成質(zhì)子、中子的普通積木，還包括“奇異夸克”等一些性格古怪的積木，“奇異夸克”積木自帶一種叫“奇異數(shù)”的隱藏屬性，凡是沾上它的粒子，都變得神神秘秘。因此，對它們的研究，是理解微觀世界的重要途徑。
其中，反Λ重子就是一個由“反上夸克”“反下夸克”和“反奇異夸克”拼成的小結(jié)構(gòu)，平時它隱藏在高能對撞產(chǎn)生的粒子碎片中，一閃而過。而在北京正負電子對撞機上開展的本項實驗研究中，科學(xué)家們通過北京譜儀III探測器完成一次精妙的“伏擊”，他們巧妙利用探測器束流管內(nèi)用來降溫的冷卻油作為反應(yīng)靶，捕捉到當(dāng)反Λ重子向外飛出時，撞上冷卻油中靜止的質(zhì)子(氫原子核)而產(chǎn)生的“新配方煙花”。
此前，在對撞機上的研究多集中在“常規(guī)物質(zhì)版”煙花(如正反質(zhì)子的湮滅)的性質(zhì)，但反Λ重子因為攜帶“奇異夸克”，其湮滅過程一直是個謎。BESIII實驗團隊這次通過對海量數(shù)據(jù)的篩選，首次觀測到兩種復(fù)雜的“煙花配方”，不僅算出它們出現(xiàn)的概率，還發(fā)現(xiàn)這場“煙花秀”并非雜亂無章。
比如，在研究這場“煙花爆炸”的過程中，實驗團隊捕捉到一個名為K*(892)+的“共振態(tài)”，它就像是煙花完全綻放前短暫形成的一個發(fā)光球體，存在時間極短，卻揭示了湮滅反應(yīng)背后的內(nèi)在邏輯。
對這類“微型煙花”的分析，不僅關(guān)系到粒子物理里最基礎(chǔ)、也最難的一種作用力——強相互作用，更是連接著宇宙的過去與未來的線索。目前，宇宙中還存在一些難以想象的極端環(huán)境，對看似“微不足道”的粒子反應(yīng)的研究，也是在為理解宇宙中最極端的狀態(tài)奠定基礎(chǔ)。
同時，在大型粒子對撞實驗中，反物質(zhì)并不是稀客，而是成批產(chǎn)生的“副產(chǎn)品”。這些反物質(zhì)粒子在穿過探測器材料時，會不斷與普通物質(zhì)發(fā)生相互作用甚至湮滅。北京譜儀III這次不僅看到它炸開的樣子，還開始讀懂它背后的規(guī)律，相當(dāng)于第一次拿到奇異反物質(zhì)湮滅的“高清底片”。
北京譜儀III實驗團隊表示，在粒子物理的世界里，這些“煙花”燃盡的余暉，往往才是點燃未來希望的星火。因此，后續(xù)進一步實驗研究值得期待。(完)