北京正负电子对撞机北京谱仪 Ⅲ(BESIII)国际合作组,在巴西举办的国际高能物理大会上以大会特别报告形式公布重大实验成果:经过 15 年持续研究,科研团队搭建起完整实验证据链,证实胶球真实存在,X (2370) 粒子的主体成分正是学界寻觅近半个世纪的胶球,为量子色动力学(QCD)理论提供决定性实验验证,揭示出一类纯粹由 “力” 构成的全新物质形态。
胶球是量子色动力学做出的关键理论预言。原子核内的夸克依靠胶子传递强相互作用力;不同于光子,胶子能够发生自相互作用,多个胶子可以直接束缚在一起,形成不含夸克的特殊粒子 —— 胶球,这也是自然界唯一由传递相互作用的玻色子凝聚而成的物质形态。自上世纪 70 年代理论提出胶球概念之后,全球各大实验室长期开展搜寻,但始终未能拿到完整确凿的实验证据,胶球是否真实存在,成为粒子物理领域悬置近半世纪的重大谜题。
依托北京正负电子对撞机大科学装置,BESIII 实验拥有海量 J/ψ 粒子样本,J/ψ 辐射衰变被公认为寻找胶球的理想实验通道。2011 年,合作组在 J/ψ 衰变事例中发现新粒子 X (2370),显现出胶球候选体特征。2024 年,团队利用 100 亿个 J/ψ 粒子大样本,精确测得 X (2370) 自旋宇称量子数,质量与格点量子色动力学对赝标量胶球的理论预言高度吻合,迈出身份确认关键一步。
本次最新成果中,研究团队发现 X (2370) 多个全新衰变模式,首次测出其核心身份标识 ——味单态属性。味单态是胶球区别于普通夸克强子的标志性特征。质量、自旋宇称、味单态三大维度的实验结果形成闭环证据链,证明 X (2370) 以胶球成分为主导,完成胶球的实验确认,是近 50 年全球胶球搜寻工作中最为明确的实验结果。
该成果直接证实胶子自相互作用可以生成独立物质,夯实量子色动力学理论的实验根基,拓展人类对物质基本构成的认知边界,也充分彰显我国大科学装置在强子物理前沿研究上不可替代的优势。相关系列成果已发表于《物理评论快报》等国际权威学术期刊,部分成果入选年度精选论文合集,获得国际高能物理学界高度关注。