北京正負電子對撞機發現膠球特性粒子

光明網訊（記者宋雅娟）近日，北京正負電子對撞機獲得重大成果。其實驗裝置北京譜儀III合作組首次測得粒子的量子態性質，其質量、產生和衰變性質都與人們長久以來尋找的膠球特性一致。這一研究成果于2024年5月2日作為編輯推薦文章發表在美國《物理評論快報》雜志上。

在粒子物理學的標準模型中，膠子是傳播強相互作用的基本粒子，就像光子傳播電磁相互作用一樣。但特別的是，膠子之間可以相互吸引而形成一個新的束縛態粒子—膠球。

膠球是標準模型的重要預言，也是自然界中唯一由傳播子構成的粒子，這種自相互作用及其粒子從未被實驗發現，其存在與否是標準模型至關重要的基本檢驗。北京正負電子對撞機能夠大量產生丁肇中先生發現的J/ψ粒子，其衰變是尋找膠球的最佳途徑，由此這也一直是北京正負電子對撞機幾十年來最重要的物理目標之一。

經過長期不懈的努力，2011年，由現任南京大學金山教授（時任中國科學院高能物理研究所研究員）與中國科學院高能物理研究所博士后黃燕萍合作在北京譜儀III實驗上發現了一種新粒子—X(2370)粒子，這是實驗上首次觀測到與理論計算的贗標量膠球（自旋為0，宇稱為負的0+膠球）質量、產生和衰變性質一致的粒子。作為判斷其是否為贗標量膠球最關鍵的下一步，就是測定其自旋宇稱量子數是否真的是0+。

近年來，北京正負電子對撞機和北京譜儀III產生并采集了100億粒子，超過此前最大樣本的100倍。利用這些數據，研究人員創新性地研究了幾乎無物理本底的X(2370)粒子的衰變模式。得益于北京譜儀III探測器的優良設計，特別是對帶電粒子和光子的高精度探測，大大提高了信號噪聲比。實驗組通過復雜的量子態干涉分析，首次測量了X(2370)粒子的自旋宇稱量子數以及其質量、產額等基本性質。實驗結果與人們長期尋找的標準模型理論中最輕贗標量膠球的特性一致，是支持膠球存在的強有力實驗證據。

該實驗研究成果由中國科學院高能物理研究所黃燕萍研究員和南京大學物理學院金山教授合作并指導中國科學院高能物理研究所博士生張鵬完成，同時北京譜儀III探測器和北京正負電子對撞機加速器運行維護團隊在數據采集過程中、北京譜儀III離線軟件團隊和中國科學院高能物理研究所計算中心在數據分析過程中的高效工作為本次發現提供了保障。中國科學院高能物理研究所陳瑩研究員團隊在理論上對膠球特性做出了系統的研究。

來源： 光明網