据中国科学院高能物理研究所消息，我国科研人员领衔的北京谱仪Ⅲ实验（BESⅢ）国际合作组历经15年持续研究，首次证明了一类全新物质形态——胶球的存在，解开了困扰学术界近半个世纪的谜题。
自然界中，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，将彼此紧密束缚在一起。然而，胶子的特别之处在于，它不仅负责传递力，自身还会相互吸引、彼此纠缠。因此，胶子之间有可能聚集在一起，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，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。
▲图为北京谱仪Ⅲ探测器，它是运行在北京正负电子对撞机上的大型粒子物理探测器
北京正负电子对撞机能够大量产生丁肇中先生发现的J/psi粒子，这种粒子的衰变过程理论上被公认为非常有利于胶球的产生，是寻找胶球的最佳途径之一，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。2011年，北京谱仪Ⅲ实验国际合作组在J/psi的衰变产物中发现了一个新粒子X(2370)，疑似为胶球。经过13年的努力，2024年他们首次利用100亿个J/psi粒子样本，精确测定了X(2370)粒子的自旋和宇称量子数，结果与理论预言完全一致，为确定其真实身份迈出了关键一步。
最近，由南京大学金山教授和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又取得了决定性进展。他们发现了多个X(2370)粒子新衰变模式，并且首次测出了它的又一项关键“身份特征”——“味单态”性质。
“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，不含任何“味道”信息，正属于“味单态”。
至此，北京谱仪Ⅲ实验通过历时15年的一系列研究，建立了从质量、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。
黄燕萍表示，这是近五十年来，胶球寻找最明确的实验结果，不仅清晰验证了“胶子能够自我结合形成新型物质”这一重大理论预言，也展示了北京正负电子对撞机在研究强相互作用方面的独特优势。
来源：人民日报
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