北京谱仪III探测器。中国科学院高能所 供图

　　这一解开胶球存在之谜的重大发现，不仅为“量子色动力学”理论提供了决定性验证，也表明一类全新物质形态——纯由“力”构成的物质的存在。

　　胶球“悬案”

　　中国科学院高能所北京谱仪团队介绍，原子核由质子和中子组成，质子和中子又由夸克组成。夸克之间靠胶子传递强相互作用力，就像光子传递电磁相互作用力一样，但胶子的特别之处在于，光子不会自己吸引自己，而胶子却会。因此，胶子之间有可能相互吸引，形成一种全新的粒子——胶球。

　　在描述强相互作用的物理学理论“量子色动力学”里，胶球是个极其重要的预言，因为它是唯一一种由“力的传播子”构成的粒子。然而，近半个世纪以来，实验上一直未能找到胶球。胶球到底存不存在，是对这个物理学理论至关重要的检验，也是长期悬而未决的重大科学问题之一。

　　北京正负电子对撞机能够大量产生诺贝尔物理学奖得主丁肇中发现的J/psi粒子(粲夸克和反粲夸克组成的一种介子，也称J/ψ粒子、J/ψ介子或J粒子、ψ粒子)，这种粒子产生之后瞬间就会衰变成其他更轻的粒子。

　　理论上，J/psi的衰变过程非常有利于胶球的产生，是寻找胶球的最佳途径之一，因此，胶球的实验寻找，也是北京正负电子对撞机几十年来的首要物理目标之一。

　　完整证据链

　　2011年，北京谱仪III实验国际合作组在J/psi粒子的衰变产物中，发现一个新粒子X(2370)，疑似为胶球。经过13年努力，他们于2024年首次利用100亿个J/psi粒子，测定了X(2370)的自旋和宇称量子数，其质量与格点量子色动力学对相同量子数胶球的理论预言完全一致，为确定其真实身份迈出关键一步。

　　在此基础上，由南京大学金山教授、中国科学院高能物理研究所黄燕萍研究员共同领导的研究团队最近又往前迈进一大步：他们发现多个X(2370)粒子新衰变模式，并首次测出其又一项关键“身份特征”——“味单态”性质。

　　研究团队指出，“味单态”性质是胶球的最重要特性。质子、中子等普通粒子都含有不同“味道”的夸克，如上夸克、下夸克、奇异夸克等，而胶球由纯胶子构成，不含“味道”信息，属于“味单态”。最新实验结果成功测定，X(2370)是“味单态”。

　　至此，北京谱仪III实验通过历时15年的一系列研究，建立从质量、量子数到“味单态”的完整实验证据链，证实X(2370)的主要成分正是物理学家找了近半个世纪的胶球。

　　世界领导者

　　中国科学院高能所称，这是近50年来，胶球寻找获得的最明确的实验结果，不仅清晰验证“胶子能够自我结合形成新型物质”这一重大理论预言，也展示大科学装置北京正负电子对撞机在研究强相互作用方面的独特优势。

　　北京正负电子对撞机自2008年完成重大升级改造以来，其上同样是大科学装置的北京谱仪III探测器已累计采集超过100亿J/psi事例，成为陶-粲能区无可争议的世界领导者。

　　此次胶球的发现认证，正是北京正负电子对撞机及北京谱仪持续积累、精密测量、国际合作三位一体典范运行的结果。

　　据悉，国际高能物理大会是每两年一次的全球性大会，只有特别重大的成果发布，才会增加大会特别报告，正是由于胶球认证的重要性，北京谱仪III实验国际合作组才得以在国际高能物理大会全体会议上向世界正式发布详细结果。

　　作为运行在北京正负电子对撞机上的大型粒子物理探测器，北京谱仪III实验国际合作组由来自15个国家96个研究机构的约700名科学家组成。其实验聚焦陶-粲能区的精密物理研究，在强子谱学、粲物理、陶物理和新物理寻找等领域，已取得一系列世界领先成果。(完)

【编辑:万纪玮】

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