作者:ALICE Collaboration 来源:《自然—物理学》 发布时间:2015/10/20 10:11:12
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迄今最精确测量证实CPT对称性依然成立

 

科技日报北京10月11日电 (记者刘岁晗)长久以来,物理学家一直致力于以更高的精度验证粒子在电荷共轭、空间反射、时间反演之后,物理定律不变的CPT对称性。参与欧洲大型强子对撞机(LHC)中重离子探测器实验(ALICE)的科学家在线发表于《自然—物理学》的文章称,他们对粒子的质量和电荷做了迄今为止最精确测量,结果显示CPT对称性依然成立。

在实证科学中,一个很重要的问题是,如果将测量范围扩大几个量级,现有公式和理论是否依旧成立。研究报告指出,此次试验中推导出的粒子与反粒子的荷质比,相较40余年前的研究精确度推进了两个数量级,从而以前所未有的精度在轻核范围内确证了CPT不变性。

ALICE探测器所进行的高能铅离子对撞能够以近似相等的速率生成原子核与对应的反原子核,依靠高精度追踪技术和粒子识别技术,科学家能够捕获重离子在高能碰撞过程中的各项数据,探测质子和中子形成原子核的过程与反质子和反中子形成反原子核的过程的细微差异。

通过曲率半径和飞行时间计算,可以推导出粒子的荷质比,它对CPT对称性的证实有着决定性的作用。高精度飞行时间探测器可以探测粒子与反粒子的到达时间,其精确度为80皮秒,结合时间投影室中测到的能量损失数据,科学家可以得到关于重氢核与反重氢核,以及氦-3原子核与反氦-3原子核,或是其他类似实验中粒子在运行轨迹的曲率和飞行时间方面的数据,进而推导出它们的荷质比差异。研究结果显示,被测的粒子与反粒子有着相同荷质比。故此,研究人员确认了原子核及其反粒子在现有测量范围内存在CPT对称性。

除了该项研究,在ALICE工作的科研人员还借由电磁热量计和新开发的用于探究LHC重离子碰撞中更罕见现象的Sampa芯片,对电子进行测量,试图了解重夸克(璨夸克和底夸克)的生成。

 
 
 
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