Ａ）一件大事！一件天大的事！ 但又是微乎其微到不能再微的事。 8月6日，中国科学院高能物理研究所公告，由中国科学家领导的北京谱仪III实验国际合作组，历经了15年研究之后，首次证明了一类全新物质形态——胶球，的存在。 本期我想尽量用更通俗易懂的语言体系把这件事跟大家讲清楚，这件事能用通俗易懂的语言体系讲清楚，其实又是一件很不容易的事。 Ｂ）我们知道，原子核由质子和中子组成，而质子和中子又由夸克（Quark）组成，夸克是61种基本粒子大家庭里极为重要的一类成员，61种基本粒子里有36种属于夸克，这36种夸克又被分为上、下、奇、粲、底、顶夸克，这叫六味夸克。夸克是一种参与强相互作用的基本粒子，也是构成物质的最基本单元。 除了36种夸克，61种基本粒子中还有12种轻子和13种玻粒子。 而夸克与夸克之间又是靠胶子（Gluon）传递强相互作用力；所谓强相互作用力，就是能将夸克和夸克紧紧束缚在一起组成质子和中子。而粒子物理学的标准模型认为，胶子间也可以相互吸引，从而形成一种全新的粒子——那就是胶球（Glueball）。 Ｃ）以61种基本粒子为基础的粒子物理学标准模型，所研究的，所描述的，就是物质的组成和相互间作用，夸克组成了质子和中子，夸克与夸克又用胶子传递相互作用力，这都是标准模型。但再细分下去，标准模型认为作为传递强相互作用力的胶子之间也可以相互吸引，并成为独立的物质，就是胶球。 但由胶子和胶子的强相互作用组成的胶球，不应该是基本粒子，它由基本粒子组成，却是一个复合粒子，就可以理解为胶球是一种由“纯力量”构成的特殊物质状态。 Ｄ）现在这种特殊物质状态被依托于北京正负电子对撞机（BEPC）上的实验装置北京谱仪III（BESIII）给验证发现了。 🔻而依托于北京正负电子对撞机上的北京谱仪III： 🔻国际研究团队在2011年发现了一个新粒子X(2370)； 🔻国际研究团队又在13年后的2024年测得了X(2370)的量子态性质与胶球特性一致，这又为确证胶球存在提供了关键证据。 🔻而在最新研究中，发现多个X(2370)粒子的新衰变模式，并且成功测定了X(2370)的“味单态”性质，这一性质是胶球区别于其他普通粒子最重要的特性，从而证实了X(2370)的主要成分正是胶球。 上述，就是北京谱仪III（BESIII）国际合作组刚刚在巴西举行的国际高能物理大会（ICHEP 2026）上，以特别大会报告形式宣布的一项最新成果。经过长达15年的持续研究，北京谱仪III实验建立了证明胶球存在的完整证据链。 该发现不仅为量子色动力学理论提供了决定性验证，也表明了一类全新物质形态——由“纯力量”构成的物质真正存在，就是强相互力和强相互力之间可以组成物质，就是胶球。 长达半个世纪以来，胶球只是作为一种理论和猜想存在着，一直没有能在实验上得到验证，现在被北京谱仪III实验的国际合作组给验证出来了，一个悬而未决的重大科学问题找到了答案。 Ｅ）我们都知道，丁肇中先生是获得过诺贝尔奖的美籍华裔物理学家，毕生致力于实验高能物理，因发现J/ψ（J/psi）粒子闻名。从1978年起，中国陆续派出科研人员前往丁肇中领导的国际合作实验组工作和学习，而丁肇中与李政道、杨振宁等海外华裔科学家又都为中国最终选定建造正负电子对撞机这一方案提供了重要参考，邓小平当年曾就对撞机建设与丁肇中会面交谈。 北京正负电子对撞机（BEPC）是中国建设的第一台高能加速器，是一台在特定研究领域达到了世界领先水平的大型科学装置，于1984年10月7日动工建设，1988年10月16日首次实现了正负电子对撞，2004年初又启动了重大改造（BEPCII），2009年7月通过国家验收，性能提升了上百倍。 1984年国家为BEPC一期建设即投入2.4亿元人民币——有据可查的是，1984年中国的国防预算才180亿元人民币，但当时国家还是拿出巨资投入这台高能物理加速器。 到20年后的2004年，又进行了重大改造（BEPCII），中国有钱了，投了6.4亿元人民币。 Ｆ）当年那批被派往丁肇中实验室的中国科学家，比如王贻芳等，回国后都成为了北京正负电子对撞机建设和运行的中坚力量，王贻芳现在是高能物理研究所所长。 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，这种粒子产生后瞬间就会衰变成其他更轻的粒子，在理论上，J/psi粒子的衰变过程，被科学家们认为非常有利于胶球的产生，这也是寻找胶球的最佳途径之一，所以证明胶球的存在，是北京正负电子对撞机几十年来的首要研究目标之一。 而北京谱仪III又是运行在2004年进行了重大改造之上BEPCII上的大型粒子物理探测器，围绕这个大型实验装置，开展物理研究的全部科学家和机构共同组成了一个名为BESIII的国际合作科研组织，就是一个在全世界建立的科研联盟，由来自16个国家约93个研究机构的700余名科研人员组成，遍布中国、美国、德国、意大利、英国、俄罗斯、韩国、巴基斯坦等国，当然中国的研究机构和科学家发挥着核心作用。 Ｇ）北京谱仪III是北京正负电子对撞机（BEPCII）的核心粒子探测器，相当于“超级眼睛”，是用来看正负电子相撞产物的大型精密探测设备，它由五大核心设备构成，从内向外一层一层套起来，最内层是主漂移室MDC，然后是飞行时间计数器和电磁量能器，再外面是超导solenoid磁铁和μ子探测器MUC，是在最外层。 BEPC自1984年诞生以来，1992年实现了τ轻子质量精确测量，1999年实现了2-5GeV能区R值精确测量、2013年发现了四夸克粒子Zc(3900)、2024年发现了疑似胶球粒子X(2370)，2019年发现了超子极化现象。 2011年，作为北京正负电子对撞机（BEPCII）的核心粒子探测器，北京谱仪III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；之后再经过13年努力，于2024年首次利用100亿个J/psi粒子，测定了X(2370)的自旋和宇称量子数，这为确定其真实身份迈出关键一步。 Ｈ）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团队又往前迈了一大步，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的“六味”的夸克，如上夸克、下夸克、奇异夸克等，而胶球是由纯胶子构成，不含“味道”信息，所以属于“味单态”。 至此，北京谱仪III实验通过历时15年的一系列研究，建立了从质了、量子数到“味单态”的完整实验证据链，证实X(2370)的主要成分就是物理学家找了近半个世纪的那个胶球。 这也再次验证了，北京正负电子对撞机及其核心设备北京谱仪III 这种大科学装置的绝对优势，正因为有了这种一般国家根本建造不起来的大家伙，中国才能实现对来自16个国家700多名科学家的领导。 北京谱仪III实验这种合作模式就像一个大型交响乐团，中科院高能所是音乐厅和演出单位，16个国家的96个机构是各个乐器声部，带来了各自擅长的“乐器”，而700名科学家则是乐手，每个人在自己的岗位上精准“演奏”，最终的成果就是合力奏出了一曲华丽乐章。 现在正演出的这个乐章名字就是《胶球》。 Ｉ）胶球被证明确实存在，发现的意义并非在于找到另一个新粒子，而在于打开了一个通往全新物质世界的大门。 在粒子物理学的标准模型中，传递强相互作用的粒子叫胶子。根据量子色动力学，胶子间不仅能传递强相互作用，即传递力，自身也能互相吸引、束缚，形成由“纯力量”构成的胶球。这就好比两个磁铁间的磁场本身也可以凝聚成磁块，也是一种物质，而不只是强相互作用。 这项发现拓宽了物质的定义，从原子、质子到中子，再到夸克，现在又有了胶球，而胶球却是唯一由“纯力量”构成的物质，不含任何的夸克。这就开辟出研究“看不见的世界”的新窗口，胶球的存在为研究强相互作用本身的性质打开了一扇全新的窗口。 从社会性意义和政治性意义上说，北京谱仪III的国际合作证明了胶球的存在，确立中国在该领域的绝对领导地位。 Ｊ）最后，我还想谈这样一个特别的问题，即，胶球——作为一种新的粒子，又不是基本粒子，被证明了存在，这等于人类向更微观世界又前进了一大步——物理学研究的两个大方向，一个就是像寻找胶球这种，向极微世界挺进的方向，另一个就是像寻找宇宙大爆炸的这种，向极宏世界挺进的方向，其实就这两个方向。 那么问题就来了，现在人类的物理学家们不断在更微观和更宏观的两个方向上努力研究，终极目标是什么呢，比如现在通过北京谱仪III实验证明了胶球存在的终极目标又是什么？我认为，人类最终是为了能够找到时间和空间之外的第三态，也就是完全打通时间和空间的另一种“间”，那就是宇宙研究的奥秘所在。 比如，我们研究宇宙中黑洞在存在，空间折叠的存在，就可以实现穿越时间，比如，我们研究粒子物理学的标准模型，就是既研究物质，也研究物质间相互作用，最后甚至要通过对基本粒子和强相互作用的再造，那也等于是实现穿越时空，或者是最终消除时空。 而胶球的找到，至少为实现时空穿越或者时空消除提供了更多可能性。
|
