膠球到底存在嗎？北京譜儀Ⅲ實驗解開近半世紀的謎題

　　記者從中國科學院高能物理研究所獲悉，北京時間8月6日，北京正負電子對撞機上的北京譜儀Ⅲ實驗國際合作組在巴西舉行的國際高能物理大會上宣布：經過15年的持續研究，北京譜儀Ⅲ實驗建立了證明膠球存在的完整證據鏈，解開了困擾學術界近半個世紀的膠球存在之謎。該發現不僅為“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。

　　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，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，也是至今仍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丁肇中先生發現的J/psi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，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。

　　2011年，北京譜儀Ⅲ實驗在J/psi的衰變產物中發現了一個新粒子X（2370），疑似為膠球。經過13年的努力，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了關鍵一步。

　　最近，由南京大學金山教授和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又往前邁了一大步：他們發現了多個X（2370）粒子新衰變模式，并且首次測出了它的又一項關鍵“身份特征”——“味單態”性質。

　　“味單態”性質是膠球的最重要特性。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，建立了從質量、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。

　　這是近50年來，膠球尋找最明確的實驗結果，不僅清晰驗證了“膠子能夠自我結合形成新型物質”這一重大理論預言，也展示了北京正負電子對撞機在研究強相互作用方面的獨特優勢。

　　北京譜儀Ⅲ是運行在北京正負電子對撞機上的大型粒子物理探測器，其國際合作者由來自15個國家約96個研究機構的約700名科學家組成。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取得了一系列世界領先成果。