中國科學家首次發現「膠球」 解開困擾物理學界半世紀謎題

　中國科學家首次發現「膠球」，表明純由「力」構成的物質的存在。近日，在巴西納塔爾舉辦的第43屆國際高能物理大會上，南京大學物理學院教授金山代表北京正負電子對撞機上的北京譜儀Ⅲ(BESⅢ)實驗合作組宣布，經過15年的持續研究，困擾學術界近半個世紀的膠球存在之謎被解開。8月19日，金山在南京大學接受本報記者採訪，講述「膠球」發現歷程。

　據金山介紹，原子核由質子和中子組成，質子和中子又由夸克組成。夸克之間靠膠子傳遞強相互作用力，就像光子傳遞電磁相互作用力一樣。但膠子的特別之處在於，光子不會自己吸引自己，而膠子卻會。因此，膠子之間有可能相互吸引，形成一種全新的粒子——膠球。

　在描述強相互作用的物理學理論「量子色動力學」里，膠球是個極其重要的預言，因為它是唯一一種由「力的傳播子」構成的粒子。然而，半個世紀以來，實驗上一直未能找到膠球。

　金山告訴記者，膠球難找是因為膠球粒子的性質和普通粒子的區別不明顯，甚至膠球會和普通粒子有混合，使得膠球本來應該有的特性更加模糊，「我們盡量找到一些膠球的特徵信號，使得它能夠區別於普通粒子，積累了一定的數據以後，使得膠球的各種特性可以顯示出來。」

　北京正負電子對撞機恰好提供了最佳條件。它能大量產生一種叫J/psi的粒子，這種粒子衰變時會產生大量膠子，是天然的「膠球工廠」。但即便有了「工廠」，從海量數據中識別出膠球，依然是一場跨越15年的攻堅戰。

　2011年，BESIII合作組在J/psi的衰變產物中發現了一個新粒子X(2370)，疑似為膠球。經過13年的努力，他們於2024年首次利用100億個J/psi粒子，測定了X(2370)的自旋和宇稱量子數，其質量與格點量子色動力學對相同量子數膠球的理論預言完全一致，為確定其真實身份邁出了關鍵一步。

　最近，由金山和中國科學院高能物理研究所研究員黃燕萍共同領導的研究團隊又往前邁了一大步：他們發現了多個X(2370)粒子新衰變模式，並且首次測出了它的又一項關鍵「身份特徵」——「味單態」性質。

　「味單態」性質是膠球的最重要特性。質子、中子等普通粒子都含有不同「味道」的夸克，而膠球由純膠子構成，不含「味道」信息，屬於「味單態」。最新實驗結果成功測定，X(2370)是「味單態」。至此，BESIII實驗通過歷時15年的一系列研究，建立了從質量、量子數到「味單態」的完整實驗證據鏈，證實X(2370)的主要成分正是物理學家找了近半個世紀的膠球。

　中國科學院院士王貽芳表示，膠球是由中國人首次發現的，這也是對物理學界的重大貢獻，讓人們對物質世界的理解有了更加完整的認識。(張然 李文婷)

　頂圖：南京大學物理學院教授金山在國際高能物理大會上