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中国科学家利用北京谱仪首次清晰拍下微观世界终极：烟花秀
北京5月11日电(记者孙自法)记者5月11日从中国科学院高能物理研究所(高能所)获悉，利用北京正负电子对撞机上的北京谱仪III(BESIII)探测器，中国科学家最近首次清晰“拍下”被誉为微观世界“终极烟花秀”的罕见过程——反物质粒子“反Λ重子”与普通质子碰撞湮灭的瞬间，并精确测量了其中产生的粒子种类和数量。
本项研究揭示反Λ粒子与质子碰撞并湮灭过程的示意图。中国科学院高能所供图这项基础领域高能粒子物理方向的重要研究成果，由中国科学院高能所北京谱仪III实验团队完成，相关论文近日在国际专业学术期刊《物理评论快报》发表，备受学界关注。
北京谱仪III实验团队介绍说，在粒子物理的世界里，像质子、中子这样的粒子，都是由一些更小的“积木”组合而成。这些更为基本的积木，既包括“上夸克”和“下夸克”等组成质子、中子的普通积木，还包括“奇异夸克”等一些性格古怪的积木，“奇异夸克”积木自带一种叫“奇异数”的隐藏属性，凡是沾上它的粒子，都变得神神秘秘。因此，对它们的研究，是理解微观世界的重要途径。
其中，反Λ重子就是一个由“反上夸克”“反下夸克”和“反奇异夸克”拼成的小结构，平时它隐藏在高能对撞产生的粒子碎片中，一闪而过。而在北京正负电子对撞机上开展的本项实验研究中，科学家们通过北京谱仪III探测器完成一次精妙的“伏击”，他们巧妙利用探测器束流管内用来降温的冷却油作为反应靶，捕捉到当反Λ重子向外飞出时，撞上冷却油中静止的质子(氢原子核)而产生的“新配方烟花”。
此前，在对撞机上的研究多集中在“常规物质版”烟花(如正反质子的湮灭)的性质，但反Λ重子因为携带“奇异夸克”，其湮灭过程一直是个谜。BESIII实验团队这次通过对海量数据的筛选，首次观测到两种复杂的“烟花配方”，不仅算出它们出现的概率，还发现这场“烟花秀”并非杂乱无章。
比如，在研究这场“烟花爆炸”的过程中，实验团队捕捉到一个名为K*(892)+的“共振态”，它就像是烟花完全绽放前短暂形成的一个发光球体，存在时间极短，却揭示了湮灭反应背后的内在逻辑。
对这类“微型烟花”的分析，不仅关系到粒子物理里最基础、也最难的一种作用力——强相互作用，更是连接着宇宙的过去与未来的线索。目前，宇宙中还存在一些难以想象的极端环境，对看似“微不足道”的粒子反应的研究，也是在为理解宇宙中最极端的状态奠定基础。
同时，在大型粒子对撞实验中，反物质并不是稀客，而是成批产生的“副产品”。这些反物质粒子在穿过探测器材料时，会不断与普通物质发生相互作用甚至湮灭。北京谱仪III这次不仅看到它炸开的样子，还开始读懂它背后的规律，相当于第一次拿到奇异反物质湮灭的“高清底片”。
北京谱仪III实验团队表示，在粒子物理的世界里，这些“烟花”燃尽的余晖，往往才是点燃未来希望的星火。因此，后续进一步实验研究值得期待。(完)
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