W prestiżowym czasopiśmie Nature ukazała się publikacja zespołu BESIII, w którą kluczowy wkład mieli badacze z Zakładu Fizyki Wielkich Energii w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ). Najnowsza praca ukazuje pionierskie badania rozpadu hiperonów z wykorzystaniem polaryzacji i splątania kwantowego, co otwiera nową ścieżkę testowania poprawności Modelu Standardowego cząstek elementarnych i poszukiwań nowej fizyki.

Model Standardowy jest jedną z podstawowych teorii współczesnej fizyki. Opisuje on cząstki elementarne, z których zbudowana jest materia oraz trzy z czterech oddziaływań (elektromagnetyczne, silne i słabe), które mogą zachodzić pomiędzy nimi. W modelu tym istnieją jednak niewiadome, które sugerują, że w skali cząstek elementarnych zachodzą zjawiska, których model nie jest w stanie opisać. Podobnie nowoczesne zaawansowane badania w najmniejszych skalach wskazują, że może istnieć fizyka wychodząca poza Model Standardowy. Dlatego naukowcy starają się przeprowadzać coraz bardziej precyzyjne pomiary, które testują poprawność Modelu Standardowego.

Jednym z elementów pozwalających na takie testy jest macierz Cabibbo-Kobayashiego-Maskawy (macierz CKM), która łączy stany własne kwarków związane z oddziaływaniem słabym, ze stanami własnymi ich masy. Macierz ta musi być unitarna, co narzuca określone wartości jej współczynników i wprowadza zależności między nimi. Sprawdzanie unitarności macierzy CKM polega na wyznaczeniu wartości jej elementów, takich jak |Vus|, który opisuje zależność między kwarkiem górnym (u) i dziwnym (s). Pomiary jej wartości na podstawie rozpadu kaonów (mezonów zawierających kwark dziwny) wprowadzają nieścisłości, które mogą sugerować istnienie nowej fizyki. Alternatywną metodą mogą być badania rozpadów hiperonów – barionów zbudowanych z kwarku dziwnego, jednak dotychczasowe eksperymenty nie były wystarczająco dokładne.

Badań w tym zakresie podjęli się naukowcy kolaboracji BESIII w oparciu o nowatorską metodę analizy opracowaną przez dr Varvarę Batozską i prof. dr hab. Andrzeja Kupścia z Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Metoda ta wykorzystuje splątanie kwantowe oraz spinbarionów z rozpadu rezonansu J/ψ na parę hiperonów lambda. Analiza ta, w której zespół NCBJ był odpowiedzialny za implementację tej nowatorskiej metody, pozwoliła na otrzymanie precyzyjnej wartości parametrów opisujących strukturę tych hiperonów.

„Nasze badania pozwoliły po raz pierwszy uzyskać niektóre z parametrów charakteryzujących semileptonowy rozpad hiperonu lambda. Dzięki nim, po ponad 30 latach przerwy, mogliśmy z dużą dokładnością określić wartości |Vus|. Innowacyjna metoda wykorzystuje dodatkowe informacje – w poprzednich pracach nie brano pod uwagę polaryzacji ani splątania kwantowego barionów. Metoda ta pozwala również uzyskać dużo większą czułość dla pojedynczych zdarzeń. W porównaniu z pomiarami Fermilab, 20-krotnie mniejszy zestaw stwarza warunki do uzyskania porównywalnej precyzji parametrów" – wyjaśnia dr Varvara Batozskaya z Zakładu Fizyki Wielkich Energii w NCBJ.

„Praca stanowi fundament nowego programu badawczego. Zaprezentowana metoda może być wykorzystana do opisu innych rozpadów barionów, zarówno w BESIII, jak i obecnych oraz przyszłych zderzaczy cząstek i antycząstek. W połączeniu z rozwojem chromodynamiki kwantowej, zwłaszcza lattice QCD, możliwe będzie określenie wartości elementów macierzy CKM z precyzją porównywalną do uzyskanej z rozpadu kaonów. Będzie to kluczowy i niezależny test unitarności CKM, a więc i Modelu Standardowego" – dodaje prof. dr hab. Andrzej Kupść z NCBJ.

Wyniki badań są dostępne w publikacji: The BESIII Collaboration, Exploring baryon semileptonic decays through polarization and entanglement, Nature 657, 92–97 (2026).
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10818-8 

O metodzie rozpadu hiperonu lambda oraz badaniach zespołu BESIII wspomniano również 
w artykule: Antimatter „tag” used to detecte elusive particle Decay, Nature 657, 42-44 (2026)
https://doi.org/10.1038/d41586-026-02123-1

Także w artykule: Semileptonic decays of spin-entangled baryon-antibaryon pairs, Physical Review D,  D 108, 016011
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.108.016011

Ilustracja: Schemat rozpadu hiperonu lambda na proton, elektron i antyneutrino elektronowe poprzez wirtualny bozon W-.
Źródło: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10818-8