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中国科研团队历时15年证实“胶球”存在,关键证据出自北京地下30米

北京时间2026年8月6日,在巴西国际高能物理大会上,南京大学教授金山代表北京谱仪III(BESIII)国际合作组宣布,困扰学界近半个世纪的“胶球”已被找到。这是人类首次发现一种由“力的传播子”构成的新型物质,现场随即震动。

胶球是量子色动力学(QCD)理论预言的一类特殊粒子。原子核中的质子、中子由夸克组成,夸克之间依靠胶子传递强相互作用;理论认为,胶子之间也可能“抱团”,形成不含夸克的纯胶子粒子,即胶球。但半个世纪以来,实验始终未获确证,胶球是否存在因此成为QCD理论的关键检验之一。

2011年,北京谱仪合作组发现新粒子X(2370),其质量与理论预言接近,被列为胶球候选者。但确认身份需要完整证据链。2024年,团队测得X(2370)的自旋宇称量子数为0⁻⁺,随后证实其“味单态”性质,确认它不含夸克“味道”信息。15年努力,最终让证据链闭合。

支撑这一发现的,是北京地下30米的大科学装置。北京正负电子对撞机可将正负电子加速到接近光速,以每秒上亿次频率对撞;包裹在对撞点的BESIII探测器重达700多吨,像CT机一样记录粒子轨迹。当对撞能量调到30.97亿电子伏特时,装置会大量产生J/ψ粒子,其衰变过程被公认为寻找胶球的最佳途径之一。北京谱仪III已累计获取100亿个J/ψ事例,为寻找胶球提供了海量数据。

北京谱仪III(BESIII)探测器。中国科学院高能所供图

不过,海量数据也意味着“大海捞针”。科研团队要编写程序,从100亿个事例中层层筛选,最终获得约5000个高纯度候选信号;再分析这些信号的质量与角度分布,确定X(2370)的量子数。整个过程如同在嘈杂工地中听人轻声讲话。

成果背后是五代科研人的接力。北京正负电子对撞机从1957年到1983年间经历“七上七下”,1988年建成;2004年升级后亮度提升100倍以上。BESIII国际合作组如今由约700名来自15个国家的科学家组成。中国科学院院士、中国科学院高能所原所长王贻芳将成果总结为“五代科研人、两代加速器、三代探测器”的接力。南京大学教授金山从20世纪90年代起专注胶球课题;他的老师、中国科学院高能所研究员黄涛回忆,自己的老师朱洪元院士也参与过胶球研究。2021年,年轻学者张鹏接手最难的自旋宇称测量,最终顶住压力完成。

为确保结论可信,成果发布前团队组织了5次国内理论家联合讨论会,把数据处理细节和推导逻辑全部摆到桌面上,接受专家“拷问”,并获得合作组全体专家同意。论文已投稿科技期刊,正在同行评审。《科学》杂志报道成果时,一位国际同行在评价中用了“在所有方框中打钩”的说法,称证明胶球存在的条件全部满足;另一位同行则将其称为“基础物理纪念碑级的成就”。未来,科研团队计划将BEPCII亮度再提高10倍,寻找更多胶球态;王贻芳表示,北京正负电子对撞机的科学寿命至少还有10年以上。

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