近日，上海交通大学物理与天文学院和李政道研究所讲席教授何小刚及团队在CP对称破缺方面获得多项进展。

《CP violation studies at Super Tau-charm Facility 》

超级陶粲装置(STCF)中的CP破缺研究

该综述论文于今年9月在线发表于国际物理学与交叉科学领域极具权威的顶尖综述性期刊《Physics Reports》。本论文有国内外19名研究人员参加, 中国科学技术大学周小蓉教授为通讯作者。何小刚教授在该论文的研究概念设计，整体计划指导、文章撰写等环节发挥重要作用。

图一 参加综述论文撰写的作者

研究简介：

粒子-反粒子变换C与空间反演变换P的联合对称性（CP）描述了自然界粒子与反粒子相互转换的特性。粒子物理标准模型中，CP破缺源于不同代夸克之间的混合（CKM机制）。大量实验室测量结果均与标准模型预言相符。该对称性的破缺也是解释宇宙中物质远多于反物质的关键之一。然而，标准模型预言的结果远远小于宇宙学和天文学观测值，这是存在超越标准模型新物理的有力证据。更精确地检验标准模型并寻找新的CP破缺源，是粒子物理与宇宙学研究的重要方向。超级陶粲装置若建成，将是一台运行在2–7GeV能量区域的正负电子对撞机，其预设亮度为0.5×1035cm-2s-1，是当前中国提供BESIII实验正负电子对撞机BEPCII亮度的50倍。这将大幅提高各项检验标准模型精度以及提高发现新物理的机会。

本综述论文为超级陶粲装置研究CP破缺从多方面提出了新的研究方法，涵盖超子、陶子和D介子等的衰变，超子和陶子的电偶极矩，以及更为精确测量CKM矩阵元的研究手段。论文指出，该装置将能达到标准模型预言的超子衰变中CP破缺的区间，从而给出标准模型新的检验，判定是否存在新物理；同时将超子和陶子电偶极矩的精度分别提高4个和1个数量级，并使D介子CP破缺研究的精度达到新的高度。本综述论文的理论研究也将对在其他能区的正负电子对撞机实验，如BELLE-II以及强子对撞机实验LHCb的CP破缺研究具有重要指导意义。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.physrep.2026.09.001

《Perturbative QCD Prediction of the Hyperon Electric Dipole Moment from CP-Violating Dipole Interactions》

该论文于今年2月发表于国际顶尖期刊《Physical Review Letters》。由何小刚教授和河南师范大学马建平教授、山东建筑大学Kai-Bao Chen（第一作者）、中国科学院理论物理研究所和Jyvaskyla大学的Xuan-Bo Tong（通讯作者）合作完成。

研究简介：

非零的基本粒子电偶极矩(EDM)破坏CP对称性。由于标准模型预言的超子电偶极矩极其微小，超子EDM因此成为检验超越标准模型新物理的极佳物理观测量，其精确理论描述对于理解未来实验结果具有重要意义。该成果Λ超子电偶极矩dΛ的大小与交换的光子所带动量q²相关，只有知道它随q²如何变化，才能正确解释通过对撞机相关实验结果。这篇论文首次完成了Λ超子电偶极矩dΛ从与超子交换的光子所带q²=0到q²等于J/Ψ质量平方的过渡的微扰QCD计算。研究发现，随着q²的增加，dΛ会减小，在q²为J/Ψ质量平方附近降低的倍数可达10⁻⁴。这些结果为正确解读从J/Ψ衰变的正反Λ对实验数据提供了可靠的依据。

图二 Λ超子电偶极矩QCD 微扰计算示意图

该工作延续了何小刚教授和马建平教授在 2023年提出的利用超子与电磁相互作用的瞬间在加上超子衰变的极化量子纠缠的方法，去测量Λ超子电偶极矩[1]。该方法利用e+e-→J/Ψ→ΛΛ, 再由Λ→ pπ-测量Λ超子的极化。如下图所示。

图三 e+e-→J/Ψ→ΛΛ研究Λ电偶极矩示意图

今年九月，BESIII合作组在国际顶尖期刊《Science》[2]上发表了关于Λ超子电偶极矩的测量结果。该研究利用何小刚教授和马建平教授2023年建议的方法和实验中获得的1010个J/Ψ衰变的正反Λ对，并结合超子量子纠缠的新方法[1]获得新数据，改善了1981年获得Λ超子电偶极矩dΛ上限1.5×10-16 e·cm之后一直停滞不前的状态。两个多数量级的提升是一个值得恭贺的结果，这将CP破缺的研究推进到了新的精度水平。

原文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/1x3y-qbcx

《Complex τ Electric Dipole Moment from GeV-Scale New Physics》

该论文于今年2月发表于《中国物理快报》。由何小刚教授团队，包括李所博士生杜馨雨、黄钟吕（第一作者）、 邹子月（通讯作者）和前博士后刘佳韦（现工作于国科大杭州高等研究院）合作完成。

研究简介：

该工作针对未来超级陶粲装置（STCF）以及BELLE-II实验中τ轻子电偶极矩dτ的精确测量问题，提出了新的优化方法，并系统研究了其对探索新物理的潜力。

dτ是检验CP破坏和寻找超出标准模型新物理的重要物理量。然而，由于τ轻子寿命极短，并且其衰变过程中伴随τ中微子产生，无法直接进行完整运动学重建，因此dτ的实验测量面临较大挑战。当q2不为0时, dτ可以是复数。 在实验上, 虚部的测量相对比较容易, 测量τ→ ντπ-衰变的π-动量即可获得足够的信息。 实部的测量会更难。 但是如果能够对陶子的轨迹有比较精准的掌握, 这个问题能比较能解决。 在能量比较低区域产生陶子对测量难度更大,尤其从e+e-对撞产生的Ψ(2S)衰变出来陶子对, 陶子速度低, 在探测器能辨别的空间距离长度陶子已衰变, 陶子个轨迹不能被辨认, 难达较高的测量精度。团队研究发现,  在离衰变点更远处, 虽然陶子数量有减少, 超级陶粲装置能够获得较好的限制。总体来讲可对现有限制Re[dτ]=(6.2±6.3)×10-18e·cm,和Im[dτ]=(4.0±3.2)×10-18 e·cm提高一个量级的精度[3]。 利用更高能区产生的陶子对也是有机会获得较好的精度。 但是, 理论模型允许大的陶子电偶极矩吗？团队对一类双Higgs二重态模型进行了详尽的研究后发现, 确实存在参数空间允许接近目前限制的陶子电偶极矩。 新的优化方法能排除一些新物理模型参数空间,实质性地检验新物理模型，而且结合超级陶粲装置和BELLE-II数据,也有可能获得关于dτ随q2变化的信息。

图四 双Higgs二重态模型的dτ(q2)依赖计算示意图

原文链接：

https://doi.org/10.1088/0256-307X/43/3/030201

《Decoding weak phase amplitudes in charmed baryon decays》

该论文于今年10月，以Letter形式发表于Physical Review D （Letter指专门发表简短、重要且需要快速发表的研究成果）。由何小刚教授团队，包括李所博士毕业生孙进(通讯作者，现于韩国IBS担任博士后), 前博士后邢志鹏（第一作者，现工作于南京师范大学）合作完成。

图五 夸克层次0c→pK-示意图

研究简介：

该论文针对粲重子衰变中CP破缺信号难以提取的问题，提出了一种基于对称性分析的新方法，用于解析不同弱相位来源的衰变振幅。在该工作中，研究团队充分利用粲重子弱衰变中Cabibbo允许、单压低以及双压低等不同跃迁模式之间的特性，并结合SU(3)味对称性，提出了一种在两体粲重子衰变中解析不同弱相位衰变振幅的策略。该方法能够有效分离携带不同弱相位的信息，从而解决了该领域长期以来理解CP破坏的一个难题，为研究粲重子体系中的CP破坏提供了新的理论框架。基于该框架，研究团队进一步结合现有实验数据分析，指出0c→pK-和 0c→Σ+π-是探测粲重子CP破坏的关键“黄金通道”。这些衰变模式的精确测量不仅能够检验标准模型中CP破坏机制，还能够帮助分析潜在的新物理贡献，为未来实验研究粲重子CP破坏提供了重要理论指导。

原文链接：

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/kdz9-ks7n

上述系列研究得到国家自然科学基金, 教育部数理化生国家高层次人才培养中心-上海交通大学“李政道博士生”项目，以及暗物质物理全国重点实验室、粒子天体物理和宇宙学教育部重点实验室以及上海市粒子物理和宇宙学重点实验室的支持，在此深表感谢。