近日，我校高能物理研究團隊北京譜儀（BES）III合作組成員郝喜慶博士聯(lián)合南開大學(xué)趙明剛教授，以BESIII合作組名義在國際物理頂尖期刊Physical Review Letters（《物理評論快報》）在線發(fā)表了題為“Search forBaryon-Number-Violating Oscillations in the Decay+c.c.”的研究論文。該研究得到了國家自然科學(xué)基金青年項目、大科學(xué)裝置聯(lián)合基金培育項目的支持。

現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為我們的宇宙起源于一次“大爆炸”，該過程中產(chǎn)生的正物質(zhì)和反物質(zhì)數(shù)量是精確相等的。然而，大量的實驗證據(jù)都表明當(dāng)前宇宙是由正物質(zhì)組成的，沒有觀測到原初反物質(zhì)存在的證據(jù)。為了解釋宇宙中物質(zhì)反物質(zhì)的不對稱，薩哈羅夫（Sakharov）于1967年提出了著名的三原則，指出重子數(shù)破壞是解釋該問題的關(guān)鍵之一。時至今日，物理學(xué)家們已經(jīng)對質(zhì)子衰變、以及各種強子的重子數(shù)破壞衰變進行了廣泛研究，但尚未發(fā)現(xiàn)明顯的重子數(shù)破壞信號。然而，這些研究的共同點是初末態(tài)的重子數(shù)與輕子數(shù)之差保持不變。因此探索新類型的重子數(shù)破壞現(xiàn)象變得越來越重要。

河南師范大學(xué)郝喜慶博士與南開大學(xué)趙明剛教授合作，利用BESIII國際合作組采集的13億個粒子的世界最大數(shù)據(jù)，通過過程首次搜尋了初末態(tài)重子數(shù)變化量為2的超子反超子振蕩現(xiàn)象。這一突破性成果對于解開宇宙中的反物質(zhì)消失之謎具有重要的意義。在研究中，我們將振蕩前的末態(tài)定義為“正確符號”，振蕩后的末態(tài)定義為為“錯誤符號”，下圖展示了它們的分布。結(jié)果顯示，正確符號分布的本底極低、信號非常干凈，而錯誤符號分布的信號區(qū)內(nèi)沒有觀測到任何事例，這表明沒有看到振蕩現(xiàn)象。基于此分布，綜合考慮本底分析、探測效率和系統(tǒng)誤差等信息后，我們測得世界上首個振蕩的上限，由此解出的振蕩參數(shù)上限為GeV，此結(jié)果對于理解重子反重子振蕩和重子數(shù)破壞過程具有重要意義。因為振蕩過程的初末態(tài)都包含第二代夸克，該工作拓展了重子反重子振蕩實驗的研究范圍，將對該類型重子數(shù)破壞過程的理論和實驗研究起到激勵作用。

錯誤符號（a）和正確符號（b）的分布圖，實驗數(shù)據(jù)表示為黑色數(shù)據(jù)點，蒙特卡洛模擬的振蕩信號用粉色實心直方圖表示，本底則用紅色的虛線表示

自2009年BESIII實驗運行以來，已經(jīng)發(fā)表超過490余篇科學(xué)論文。BESIII合作組由來自17個國家、83個研究機構(gòu)的600多名科學(xué)家組成。本工作的高質(zhì)量數(shù)據(jù)源于探測器的優(yōu)良設(shè)計和離線軟件科研人員大量細(xì)致的工作，同時也感謝BEPCII加速器團隊在疫情期間的維護和運行保障工作。

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URL:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.131.121801 

DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.121801 

（物理學(xué)院 郝喜慶）