近日，兰州大学物理学院王雄飞教授课题组联合中科院高能所房双世研究员课题组、波兰国家核研究中心、瑞典乌普萨拉大学和中国科学技术大学的相关研究人员，基于北京谱仪（BESIII）实验在J/ψ共振峰值处采集的100亿个实验数据样本，主导完成了迄今最精确的超子正反物质不对称性参数测量。相关成果以“Precise Measurement of Matter-Antimatter Asymmetry with Entangled Hyperon Antihyperon Pairs”于2026年5月18日在国际物理学期刊《物理评论快报（Physical Review Letters）》在线发表。兰州大学物理学院博士生张景旭同学为文章第一作者，王雄飞教授为文章通讯作者。
图为正反宇宙大爆炸和Ξ−超子级联衰变和自旋极化示意图
粒子物理学的天空中，有一个悬而未决的核心谜题：为何我们的宇宙完全由物质主宰，而大爆炸之初原本等量诞生的反物质却消失了踪影？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。根据宇宙大爆炸理论，极早期的宇宙中，物质与反物质应该成对出现、数量相等。如果严格对称，它们会迅速相互湮灭，化为纯能量，最终留下的应当是一片空无一物的世界。可现实并非如此—星系、恒星、行星，世间万物、乃至你我他，都真实存在。这说明，一定有什么机制，让物质“赢”了反物质。一个可能的答案，就是自然界存在某种不对称性。
1967年，前苏联物理学家萨哈罗夫提出了一套理论框架，称为重子数产生机制。他认为，要产生正反物质的不对称，宇宙必须同时满足三个前提条件：破坏重子数的物理过程、电荷共轭（C）和电荷-宇称（CP）对称性被破坏、体系脱离热平衡。这三个条件缺一不可。其中，CP对称性的破坏被认为是最核心、也最微妙的一环。1956年，李政道和杨振宁两位先生提出一个大胆的猜想：在弱相互作用中，宇称（P）对称性可能不守恒—也就是说，自然界在左右镜像下并不完全对称。仅仅几个月后，吴健雄先生在钴-60原子核的β衰变实验中观测到了令人震撼的现象：从原子核中飞出的电子，更倾向于朝某个特定方向发射，而不是均匀地朝向四面八方。这直接证明了P对称性确实被破坏了。不久，物理学家发现C对称性（粒子变反粒子）同样被破坏。于是人们自然猜想：如果把“左右镜像”和“粒子变反粒子”两种操作联合起来，对称性能否恢复？很长一段时间里，学界相信CP是守恒的，粒子与反粒子应当互为镜像。然而，实验再次给出“意外”。在对撞机实验中，科学家先后在K介子、D介子、B介子、Λb重子等粒子的弱衰变中发现了CP破坏的确凿证据。甚至在中微子实验中，也看到了CP破坏的迹象。这些成果多次获得诺贝尔奖，但这些结果仍然不足以解释自然界中观测到的巨大正反物质不对称。
值得注意的是，在所有已经发现CP破坏的粒子家族中，超子是一个明显的例外。超子是重子家族中一类不稳定的奇异粒子，其内部至少含有一个奇异夸克。而此项研究的核心对象—带电的科西（Ξ−）超子，则被称为“双奇异超子”，它由两个奇异夸克和一个下夸克组成。超子的CP破坏至今尚未被直接观测到。这意味着什么？或许超子中藏有我们尚未发现的新物理线索。长期以来，精确测量超子与其反粒子在衰变行为上的不对称性，即搜寻微观世界中的CP破坏现象，是检验粒子物理标准模型、理解宇宙原初物质不对称起源的关键手段。也正因如此，课题组选择向这一空白发起挑战—利用量子纠缠的正反科西超子对，以前所未有的精度寻找超子衰变中的CP破坏信号。这或许正是解开宇宙物质起源之谜的最后一把钥匙。
早在2022年，王雄飞教授就与合作者一起在《自然》发文，利用处于量子纠缠的正反科西奇异重子对的级联衰变，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，实现了对奇异重子和其反粒子的同时测量，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，完成了奇异重子衰变中首次CP破坏的检验，开创了BESIII实验探索正反物质不对称性的新方案。
图为本工作相关结果与之前实验测量和理论预言结果的对比
在本项研究中，课题组基于北京谱仪BESIII探测器在J/ψ共振峰处采集的100亿个事例数据样本，该样本统计量为此前发表于《自然》论文的10倍。通过分析科西超子的级联衰变过程e+e−→J/ψ→ Ξ−Ξ+→ Λπ−Λπ⁺ → pπ⁻π⁻p̄π⁺π⁺，采用九维螺旋度振幅拟合方法，实现了迄今世界上对超子正反物质不对称性参数的最精确测量。其中，反映末态强相互作用的强相位差测得为(0.3 ± 1.2 ± 0.2)×10⁻²弧度，与CP破坏直接相关的弱相位差为(−0.2 ± 1.2 ± 0.1)×10⁻²弧度，测量精度达到国际最高水平。此外，本项工作还提取了三个CP不对称性观物理量，分别测得为AΞCP = (−7.8 ± 4.8 ± 0.8)×10⁻³，ΔφΞCP = (0.6 ± 5.1 ± 0.2)×10⁻³弧度，AΛCP = (−2.9 ± 4.3 ± 0.7)×10⁻³。这些结果与粒子物理标准模型的理论预期值（约10⁻⁴量级）相比仍存在差异，表明当前测量精度尚不足以探测到标准模型所预言的微弱CP破坏效应。尽管如此，本工作提供了超子衰变领域迄今最精确的正反物质不对称性参数测量结果，为深入理解超子衰变中的物质-反物质行为提供了重要依据。该成果充分展现了BESIII实验在超子物理研究中的独特优势，也为未来超子正反物质不对称性的深入探索确立了新的基准。
本项工作也受到了兰州理论物理中心、中央高校基本科研业务费和甘肃省自然科学基金的资助。
【新闻背景】
BESIII合作组依托北京正负电子对撞机上的BESIII探测器，在tau-粲能区开展高能物理实验研究，已取得一系列具有重要国际影响力的成果，为我国在高能物理前沿领域确立了显著地位。北京谱仪BESIII实验合作组发表论文，基于在北京正负电子对撞机上的BESIII探测器获取的实验数据完成。遵循高能物理领域大型实验合作组国际通用署名规则，论文作者按字母顺序排列。BESIII实验依托单位中国科学院高能物理研究所在单位排列中为第一，其他单位按字母顺序。论文作者及单位次序不表明贡献大小，作者对发表论文的贡献以合作组内部的物理分析文档《Memo》记录为准。
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