中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近日，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)獲得重大成果。其實(shí)驗(yàn)裝置北京譜儀III合作組首次測(cè)得粒子的量子態(tài)性質(zhì)，其質(zhì)量、產(chǎn)生和衰變性質(zhì)都與人們長(zhǎng)久以來(lái)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(fā)表在美國(guó)《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上。

在粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型中，膠子是傳播強(qiáng)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(gè)新的束縛態(tài)粒子—膠球。膠球是標(biāo)準(zhǔn)模型的重要預(yù)言，也是自然界中唯一由傳播子構(gòu)成的粒子，這種自相互作用及其粒子從未被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其存在與否是標(biāo)準(zhǔn)模型至關(guān)重要的基本檢驗(yàn)。北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)能夠大量產(chǎn)生丁肇中先生發(fā)現(xiàn)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(fù)電子對(duì)撞機(jī)幾十年來(lái)最重要的物理目標(biāo)之一。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不懈的努力，2011年，由現(xiàn)任南京大學(xué)金山教授（時(shí)任中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員）與中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所博士后黃燕萍合作在北京譜儀III實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了一種新粒子—X(2370)粒子，這是實(shí)驗(yàn)上首次觀測(cè)到與理論計(jì)算的贗標(biāo)量膠球（自旋為0，宇稱為負(fù)的0-+膠球）質(zhì)量、產(chǎn)生和衰變性質(zhì)一致的粒子。作為判斷其是否為贗標(biāo)量膠球最關(guān)鍵的下一步，就是測(cè)定其自旋宇稱量子數(shù)是否真的是0-+。

近年來(lái)，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)和北京譜儀III產(chǎn)生并采集了100億粒子，超過(guò)此前最大樣本的100倍。利用這些數(shù)據(jù)，研究人員創(chuàng)新性地研究了幾乎無(wú)物理本底的X(2370)粒子的衰變模式。得益于北京譜儀III探測(cè)器的優(yōu)良設(shè)計(jì)，特別是對(duì)帶電粒子和光子的高精度探測(cè)，大大提高了信號(hào)噪聲比。實(shí)驗(yàn)組通過(guò)復(fù)雜的量子態(tài)干涉分析，首次測(cè)量了X(2370)粒子的自旋-宇稱量子數(shù)以及其質(zhì)量、產(chǎn)額等基本性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與人們長(zhǎng)期尋找的標(biāo)準(zhǔn)模型理論中最輕贗標(biāo)量膠球的特性一致，是支持膠球存在的強(qiáng)有力實(shí)驗(yàn)證據(jù)。 

該實(shí)驗(yàn)研究成果由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所黃燕萍研究員和南京大學(xué)物理學(xué)院金山教授合作并指導(dǎo)中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所博士生張鵬完成，同時(shí)北京譜儀III探測(cè)器和北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)加速器運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中、北京譜儀III離線軟件團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所計(jì)算中心在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中的高效工作為本次發(fā)現(xiàn)提供了保障。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所陳瑩研究員團(tuán)隊(duì)在理論上對(duì)膠球特性做出了系統(tǒng)的研究。