近日，兰州大学物理科学与技术学院王雄飞教授课题组联合中科院高能所房双世研究员，利用北京谱仪 BESIII 探测器在ψ(3686) 共振峰值处采集的27亿的实验数据，主导完成了ψ(3686)→π⁺π⁻J/ψ衰变中最精确的粲夸克色电偶极矩测量。相关成果“Precise Measurement of Chromo-Electric Dipole Moment of the Charm Quark”于2026年6月11日在物理学国际顶级期刊《物理评论快报（Physical Review Letters）》在线发表。我院博士生张景旭同学为文章实际第一作者，王雄飞教授为文章实际通讯作者。

图 为 ψ(3686)→π⁺π⁻J/ψ 衰变过程的示意图。图中 E 表示色电偶极相互作用，M 表示由色电偶极矩贡献所诱导的磁偶极相互作用。

想象一个哑铃，两端分别带着正、负等量的电荷。这种“正负电荷中心不重合”的状态就是电偶极子。电偶极矩就是衡量这种“分离程度”和“分离方向”的物理量。比如水分子：氧端带负电，氢端带正电，像一个微小的“电箭头”，只不过它响应的是电场而非磁场。如果一个基本粒子（如电子或中子）也有永久的电偶极矩，说明它的内部电荷分布不是球对称的，而是沿着某个方向拉长了。这听起来平常，但在粒子物理中却是惊天动地的信号——因为它意味着时间反演对称性破缺。时间反演好比倒放录像：倒放时，粒子的运动方向和自旋都会反转。如果粒子有永久电偶极矩，它在电场中的能量 U=-d̄·Ē 会随自旋方向改变。当你做时间反演操作时，自旋反转了，电场方向却不变，于是能量符号也跟着变。除非电偶极矩为零，否则正放和倒放的物理规律就不一样。

普通电偶极矩好比一个“电荷箭头”，衡量电荷分布是否歪了。而色电偶极矩是它的“强相互作用版”——看的是夸克内部的色荷（一种类似电荷但更强的“颜色力”）分布是否不居中。如果色荷歪了，同样会打破时间反演和CP对称性。粲夸克属于较重的第二代夸克。它通常不在中子里，但靠量子涨落能“偷偷”冒出来一下，给中子的电偶极矩添点麻烦。所以研究中子时，也得算上它的贡献。标准模型认为这个贡献几乎为零。如果实验发现它其实不小，那就像在平静湖面看到大浪——说明背后有新物理（比如超对称）。换句话说，测量粲夸克的色电偶极矩，就像拿着放大镜寻找标准模型之外的蛛丝马迹。在ψ(3686)衰变这一干净且可精确控制的实验环境下开展高精度测量，为寻找超越标准模型的新物理迹象提供了新的路径。

同时，电偶极矩的存在，直接宣告了时间反演对称性的破缺。而CPT定理进一步指出：时间反演破缺必然导致CP对称性（电荷-宇称联合对称性）破缺。而CP破缺，正是解释“宇宙中物质为何远多于反物质”的关键。大爆炸初期，物质与反物质成对产生、数量相等；如果CP对称性严格成立，它们会完全湮灭，什么也不剩。但我们周围充满了物质，几乎看不到天然反物质。这说明一定存在某种机制，让物质多出了哪怕十亿分之一。物理学家萨哈罗夫在1967年指出，CP破缺正是产生这种不对称的三大条件之一。因此，精确测量粒子的电偶极矩，就是在实验室里检验时间反演破缺，进而寻找CP破缺的新来源——这些来源可能远远超出粒子物理的标准模型。一旦找到非零的电偶极矩，或者把测量精度推到能排除现有理论模型的程度，我们就可能一步步揭开那个终极谜题：为什么宇宙中物质占了主导，而我们（由物质构成的人）能够存在。

图为本项工作测量的粲夸克色电偶极矩与唯象学上限对比。

在本研究中，课题组利用北京谱仪BESIII探测器在ψ(3686)共振峰位置采集的27亿个事例数据样本，基于ψ(3686)→π⁺π⁻J/ψ衰变过程，完成了迄今为止最精确的粲夸克色电偶极矩测量，并对粲强子跃迁过程ψ(3686)→π⁺π⁻J/ψ中的CP对称性进行了检验。在分析过程中，研究团队将J/ψ粒子衰变到电子对和缪子对的两个衰变道联合分析，以前所未有的精度测量了CP破坏的不对称性参数，并首次将粲夸克色电偶极矩上限确定为2.1×10^{-15} e cm，该结果比以往实验的灵敏度提高了一个数量级。然而受限于当前数据样本的统计量不足，实验尚未观测到CP破坏信号，但此项研究为未来更高精度的测量奠定了坚实基础。这些成果充分体现了BESIII实验在粲物理研究中的独特优势，也为深入探索粲偶素强子跃迁过程的动力学开辟了新路径。该研究也对检验标准模型、寻找新物理以及理解宇宙演化具有重要意义。

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。

原文链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/ycwh-3gy8

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。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。