Sciencemag.cz
Related Articles
Hyperony se rozpadají extrémně rychle a měření EDM založená na sledování precese spinu ve vnějším elektrickém poli jsou náročná.
Spolupráce BESIII, vedená Ústavem fyziky vysokých energií Čínské akademie věd, dosáhla nejpřesnějšího měření elektrického dipólového momentu (EDM) hyperonu lambda (Λ) na světě pomocí kvantově provázaných párů Λ–anti-Λ vznikajících při rozpadech J/ψ. Tento výsledek zvyšuje experimentální citlivost přibližně o tři řády ve srovnání s předchozím měřením a poskytuje nový způsob zkoumání porušení symetrie CP u částic obsahujících podivné kvarky.
Jednou z nejzávažnějších záhad moderní fyziky je otázka, proč v pozorovatelném vesmíru převládá hmota nad antihmotou. Ačkoli se Standardnímu modelu (částicové fyziky) podařilo mimořádně úspěšně popsat elementární částice a jejich interakce, jeho známé zdroje porušení symetrie CP nestačí k vysvětlení této nerovnováhy. Hledání dalších zdrojů porušení CP je proto důležitou cestou k fyzice za hranicemi Standardního modelu.
Elektrické dipólové momenty představují při tomto hledání mimořádně citlivé sondy. U částice se spinem by trvalý nenulový elektrický dipólový moment (EDM) znamenal, že její elektrický dipól má preferovanou orientaci vzhledem ke směru spinu. Takový jev by porušoval symetrii časové inverze (symetrie vůči obrácení času) a za předpokladu CPT symetrie by tedy také znamenal porušení CP symetrie. Hledání pomocí EDM může odhalit nepatrné stopy nových interakcí porušujících CP symetrii, i když není přímo pozorována žádná nová částice.
Dosud byla stanovena přísná omezení na EDM v systémech, jako jsou elektrony, neutrony, atomy a molekuly. Hyperony – nestabilní baryony obsahující podivné kvarky – nabízejí doplňkový pohled na porušení symetrie CP, ale jejich studium je podstatně obtížnější. Rozpadají se extrémně rychle a měření EDM založená na sledování precese spinu ve vnějším elektrickém poli jsou náročná. Předchozí přímý limit na EDM hyperonu Λ byl stanoven před více než čtyřmi desítkami let v experimentu s pevným terčem ve Fermilabu.
V této studii zvolila spolupráce BESIII zásadně odlišnou strategii. Namísto spoléhání se na precesi spinu ve vnějším poli využili vědci kvantové provázanosti, která se přirozeně vyskytuje v párech Λ–anti-Λ vznikajících v procesu J/ψ → Λ–anti-Λ.
Hyperony Λ a anti-Λ se následně rozpadly na proton a pion, respektive antiproton a pion. Protože tyto slabé rozpady zachovávají informaci o směru spinu mateřských částic, lze z úhlového rozložení částic v konečných stavech určit korelace mezi spiny Λ a anti-Λ. Nepatrné rozdíly v těchto rozloženích bylo proto možné využít k hledání efektu porušení CP symetrie vyvolaného EDM.
S využitím obrovského souboru dat o částicích J/ψ, který byl shromážděn detektorem BESIII na Pekingském elektron-pozitronovém urychlovači II (BEPCII), vybrali vědci přibližně 3 miliony událostí J/ψ → Λ–anti-Λ s vysokou čistotou a provedli vícerozměrnou úplnou úhlovou analýzu kvantově provázaného systému.
Nebyl pozorován žádný důkaz nenulového EDM částice Λ. Měření nicméně zlepšilo citlivost na EDM přibližně o tři řády oproti předchozímu přímému měření a poprvé dosáhlo úrovně 10⁻¹⁹ e·cm.
Kromě toho, že výzkumníci stanovili mnohem přísnější omezení pro EDM částice Λ, také demonstrovali, jak lze kvantovou provázanost využít jako přesný nástroj k zkoumání základních symetrií u částic s krátkou životností, které je obtížné studovat konvenčními technikami.
Hyperon Λ je v této souvislosti obzvláště cenný, protože obsahuje podivný kvark. Pokud mají nové interakce nad rámec Standardního modelu strukturu závislou na chuti (flavor) kvarků, mohly by se jejich účinky na podivné kvarky lišit od účinků na lehké kvarky typu u (up, horní) ad (down, dolní). Měření elektrických dipólových momentů hyperonů (EDM) proto poskytují informace, které doplňují výzkumy EDM zahrnující neutrony, atomy a molekuly, a pomáhají tak vymezit širší spektrum možných zdrojů nového porušení symetrie CP.
Strategie vyvinutá v této studii může být rozšířena na další členy rodiny hyperonů, včetně baryonů Σ a Ξ.
Jianyu Zhang, Measurement of the λ electric dipole moment with an entangled baryon-antibaryon system, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adx7334. www.science.org/doi/10.1126/science.adx7334
Zdroj: Chinese Academy of Sciences / Phys.org, přeloženo / zkráceno
