在近日举行的国际高能物理大会上,一项困扰学界近五十年的重大科学难题迎来突破性进展。北京谱仪III(BESIII)国际合作组宣布,通过十五年持续研究,首次建立起证明胶球存在的完整实验证据链,为量子色动力学理论提供了决定性验证。这一发现证实了纯由“力”构成的全新物质形态的存在,标志着人类对物质基本结构的认知迈入新阶段。
胶球是量子色动力学理论的核心预言之一。该理论描述了夸克间通过胶子传递强相互作用力的机制,与电磁力通过光子传递的原理类似。但胶子具有独特性质——其自身能够相互吸引,理论上可能形成由纯胶子构成的复合粒子。这种假想粒子若存在,将成为唯一由“力的传播子”直接构成的物质形态,其验证与否直接关乎量子色动力学理论的完整性。然而自理论提出以来,实验界始终未能找到胶球存在的确凿证据。
研究团队将突破口锁定在J/psi粒子衰变过程。这种由丁肇中发现的粒子虽寿命极短,但其衰变产物中可能包含胶球。北京正负电子对撞机凭借独特能区优势,能够高效产生J/psi粒子,使其成为寻找胶球的理想平台。自2008年完成重大升级后,该对撞机已累计采集超百亿J/psi事例数据,为实验研究提供了坚实基础。
转折点出现在2011年。BESIII合作组在J/psi衰变产物中发现质量约为2370兆电子伏特的新粒子X(2,370),其特性与胶球理论预言高度吻合。经过十三年持续攻关,研究团队于2024年利用海量数据精确测定了该粒子的自旋与宇称量子数,发现其质量与格点量子色动力学对同量子数胶球的预测完全一致。这一发现为确认粒子身份提供了关键线索,但尚需更多证据支撑。
最新研究由跨机构团队完成,他们通过分析X(2,370)的多种衰变模式,首次测定其“味单态”特性。普通强子由不同“味”的夸克组成,而胶球作为纯胶子结构应不携带“味”信息。实验证实X(2,370)确实属于“味单态”,这成为鉴别胶球的核心判据。至此,研究团队从质量、量子数到物质构成特性,构建起完整的证据体系,确认X(2,370)的主要成分即为学界苦寻半个世纪的胶球。
该成果的取得得益于多维度创新:持续十五年的数据积累确保了统计显著性;精密测量技术突破使关键参数测定精度达到前所未有的水平;国际合作机制汇聚了全球顶尖科研力量。作为陶-粲能区研究的世界领导者,BESIII探测器及其运行团队的高效协作,为发现提供了技术保障。此次突破不仅验证了“胶子可自我结合形成新物质”的理论预言,更展示了大型对撞机设施在基础物理研究中的不可替代性。
国际高能物理大会每两年举办一次,仅重大成果发布时才会增设特别报告环节。BESIII合作组的这项发现经严格评审后获此殊荣,彰显了其科学价值。目前,该成果已引发学界广泛关注,相关数据将推动量子色动力学理论的进一步发展,并为新型物质形态研究开辟新方向。随着更多实验数据的积累,科学家有望揭示胶球与其他强子的相互作用机制,深化对宇宙基本构成的理解。
