近日，中国科学院大学物理科学学院傅金林长聘副教授团队依托北京谱仪III(BESIII)实验，首次利用量子纠缠的Λ-反Λ超子体系，实现了迄今最精确的Λ超子电偶极矩(Electric Dipole Moment，EDM)测量。测量精度达到10–19e·cm量级，较1981年美国费米实验室测量结果提高约三个数量级。相关成果以“Measurement of the Λ Electric Dipole Moment with an Entangled Baryon-Antibaryon System”为题发表于《科学》（Science）[1]。
宇宙中物质远多于反物质，是现代物理学尚未解决的基本问题之一，其成因可能涉及粒子物理标准模型之外新的电荷宇称（CP）对称性破坏来源。对于具有自旋的粒子，若存在沿自旋方向的EDM，则意味着时间反演（T）对称性破坏；在CPT对称性成立的前提下，也意味着CP对称性破坏。因此，对不同粒子的EDM开展高精度测量，是寻找新物理的重要途径。
目前，电子、中子、原子和分子等体系的高精度实验均未发现非零EDM。相比之下，由于超子寿命极短且难以获得高极化度超子束流，超子EDM长期缺乏高精度实验检验。自费米实验室1981年首次测量Λ超子EDM以来，其测量精度在40余年间未取得提升。
早在1993年，马建平、何小刚等便指出，可通过研究J/ψ衰变到量子纠缠Λ和反Λ超子过程中的CP破坏效应测量Λ超子的电偶极矩，并在后续理论工作中对这一方法进行了系统发展[2,3]，为短寿命超子EDM测量提供了一条不同于自旋进动方法的新途径。在实验分析方法上，张峰等和傅金林等先后发展了基于全角分布的分析方法，不断提高对Λ超子EDM的测量灵敏度[4,5]。
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| (a)外场诱导自旋进动EDM测量示意图 | (b)纠缠超子-反超子体系EDM测量示意图 |
在上述工作的基础上，此次研究利用BESIII采集的100亿J/ψ数据开展完整角分布分析。研究未观察到显著的非零Λ超子EDM信号，测量精度达到10–19e·cm量级，较1981年的实验结果提高约三个数量级。
Λ超子含有奇异夸克，其EDM为探索奇异夸克相关的CP破坏效应提供了独特的实验窗口。由于不同粒子体系对潜在CP破坏来源具有不同的敏感性，Λ超子EDM与中子EDM等测量形成重要互补。将此次结果与现有中子EDM实验限制相结合，可进一步约束QCD真空角、奇异夸克EDM等基本参数，压缩潜在新物理的参数空间。此外，该研究建立了利用纠缠重子—反重子体系测量短寿命粒子EDM的新方法。这一方法可进一步推广至其他超子体系，为系统探索奇异重子中的CP破坏提供新的实验途径。
该工作由中国科学院大学、中国科学院高能物理研究所及山东大学合作完成。中国科学院大学傅金林长聘副教授、张剑宇博士为主要完成人，撰写了论文并完成了预印本(arXiv)发布和期刊投稿工作。该研究得到了中国科学院大学强子物理创新研究群体项目平台大力支持。该平台充分发挥学科协同创新作用，推动理论与实验探索深度融合，促进粒子物理、核物理和宇宙学等学科交叉，为团队围绕粒子物理与强子物理领域的前沿科学问题开展联合攻关提供了重要支撑。此外，本研究还得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院等的支持。
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[1] BESIII Collaboration, “Measurement of the Λ Electric Dipole Moment with an Entangled Baryon-Antibaryon System,” Science 393, 1027-1030(2026).
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx7334, DOI: 10.1126/science.adx7334
[2] X.G. He, J. P. Ma, Bruce McKellar, “CP violation in J/ψ→ΛΛ” Phys. Rev. D 47, R1744–R1746 (1993).
[3] X.G. He, J.P. Ma, “Testing of P and CP symmetries with e⁺e⁻→J/ψ→ΛΛ” Phys. Lett. B 839 (2023) 137834.
[4] F. Zhang, Y. Gao, L. Huo, “An improved method for determining the electric dipole moment of Λ hyperon,” Phys. Lett. B 681, 237–239 (2009).
[5] J. Fu, H.-B. Li, J.-P. Wang, F.-S. Yu, J. Zhang, “Probing hyperon electric dipole moments with a full angular analysis,” Phys. Rev. D 108, L091301 (2023).
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