北京譜儀完整證據鏈認證膠球存在證實純“力”構成全新物質形態

　　在粒子物理世界，作為理論預言由膠子相互吸引形成的一種全新粒子，膠球究竟存不存在？這一謎題已困擾學術界近半個世紀，備受關注。

　　記者從中國科學院高能物理研究所（高能所）獲悉，北京時間8月6日凌晨，該所北京正負電子對撞機上北京譜儀III實驗（BESIII）的國際合作組，在巴西舉行的國際高能物理大會上以大會特別報告形式宣布：經過15年的持續研究，北京譜儀III實驗已建立證明膠球存在的完整證據鏈。

　　這一解開膠球存在之謎的重大發現，不僅為“量子色動力學”理論提供了決定性驗證，也表明一類全新物質形態——純由“力”構成的物質的存在。

　　膠球“懸案”

　　中國科學院高能所北京譜儀團隊介紹，原子核由質子和中子組成，質子和中子又由夸克組成。夸克之間靠膠子傳遞強相互作用力，就像光子傳遞電磁相互作用力一樣，但膠子的特別之處在于，光子不會自己吸引自己，而膠子卻會。因此，膠子之間有可能相互吸引，形成一種全新的粒子——膠球。

　　在描述強相互作用的物理學理論“量子色動力學”里，膠球是個極其重要的預言，因為它是唯一一種由“力的傳播子”構成的粒子。然而，近半個世紀以來，實驗上一直未能找到膠球。膠球到底存不存在，是對這個物理學理論至關重要的檢驗，也是長期懸而未決的重大科學問題之一。

　　北京正負電子對撞機能夠大量產生諾貝爾物理學獎得主丁肇中發現的J/psi粒子（粲夸克和反粲夸克組成的一種介子，也稱J/ψ粒子、J/ψ介子或J粒子、ψ粒子），這種粒子產生之后瞬間就會衰變成其他更輕的粒子。

　　理論上，J/psi的衰變過程非常有利于膠球的產生，是尋找膠球的最佳途徑之一，因此，膠球的實驗尋找，也是北京正負電子對撞機幾十年來的首要物理目標之一。

　　完整證據鏈

　　2011年，北京譜儀III實驗國際合作組在J/psi粒子的衰變產物中，發現一個新粒子X(2370)，疑似為膠球。經過13年努力，他們于2024年首次利用100億個J/psi粒子，測定了X(2370)的自旋和宇稱量子數，其質量與格點量子色動力學對相同量子數膠球的理論預言完全一致，為確定其真實身份邁出關鍵一步。

　　在此基礎上，由南京大學金山教授、中國科學院高能物理研究所黃燕萍研究員共同領導的研究團隊最近又往前邁進一大步：他們發現多個X(2370)粒子新衰變模式，并首次測出其又一項關鍵“身份特征”——“味單態”性質。

　　研究團隊指出，“味單態”性質是膠球的最重要特性。質子、中子等普通粒子都含有不同“味道”的夸克，如上夸克、下夸克、奇異夸克等，而膠球由純膠子構成，不含“味道”信息，屬于“味單態”。最新實驗結果成功測定，X(2370)是“味單態”。

　　至此，北京譜儀III實驗通過歷時15年的一系列研究，建立從質量、量子數到“味單態”的完整實驗證據鏈，證實X(2370)的主要成分正是物理學家找了近半個世紀的膠球。

　　世界領導者

　　中國科學院高能所稱，這是近50年來，膠球尋找獲得的最明確的實驗結果，不僅清晰驗證“膠子能夠自我結合形成新型物質”這一重大理論預言，也展示大科學裝置北京正負電子對撞機在研究強相互作用方面的獨特優勢。

　　北京正負電子對撞機自2008年完成重大升級改造以來，其上同樣是大科學裝置的北京譜儀III探測器已累計采集超過100億J/psi事例，成為陶-粲能區無可爭議的世界領導者。

　　此次膠球的發現認證，正是北京正負電子對撞機及北京譜儀持續積累、精密測量、國際合作三位一體典范運行的結果。

　　據悉，國際高能物理大會是每兩年一次的全球性大會，只有特別重大的成果發布，才會增加大會特別報告，正是由于膠球認證的重要性，北京譜儀III實驗國際合作組才得以在國際高能物理大會全體會議上向世界正式發布詳細結果。

　　作為運行在北京正負電子對撞機上的大型粒子物理探測器，北京譜儀III實驗國際合作組由來自15個國家96個研究機構的約700名科學家組成。其實驗聚焦陶-粲能區的精密物理研究，在強子譜學、粲物理、陶物理和新物理尋找等領域，已取得一系列世界領先成果。