胶球存在的迄今最有力证据

• 2026-08-19
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胶子 是一种难以捉摸的基本粒子，负责传递自然界四种基本力之一的 强力 ，将另一种基本粒子夸克紧紧地束缚在一起形成质子和中子。 数十年来，物理学家一直在寻找一类几乎完全由胶子构成的神秘粒子—— 胶球 ，这是现代物理理论所预言的最奇特粒子之一。 经过近二十年的搜寻，由中国科学家主导的 北京谱仪III（BESIII）合作组 表示，2011年发现的一种名为 X (2370) 的粒子， 其主要组分就是胶球 。相关结果已经于近期发表在论文预印网站arXiv上。 寻找胶球并不容易 大多数传递基本力的粒子彼此之间几乎不会发生相互作用。例如，光子传递电磁力，但由于不带电荷，它们通常不会直接相互作用。而胶球之所以可能存在，源于胶子与光子的一个根本区别：胶子携带 色荷 ，因此能够彼此发生强烈作用并结合在一起。 （图/University of Glasgow/BNL） 胶子能够彼此相互作用，是描述强力的 量子色动力学 （QCD）的一项关键预言。但实验寻找胶球的困难在于，胶球可以与由夸克和反夸克构成的普通粒子发生混合。因此，它们未必会以一种全新粒子的纯粹形态（纯胶球）出现，而可能表现为同时含有夸克和胶子成分的混合态。 BESIII的追踪 运行于中国科学院高能物理研究所（IHEP）的 北京正负电子对撞机II （BEPCII）上的BESIII，在观测胶球方面具有独特优势。该实验于2008年启动，旨在研究 电子与正电子之间的碰撞 。这类碰撞能够产生一些寿命很短的粒子—— J/ψ粒子 ，它最早于1974年被发现。由于J/ψ的衰变产物中含有丰富的胶子，其衰变过程一直被视为寻找胶球的“黄金场所”。 2011年，BESIII合作组首次发现X(2370)。此后，他们陆续确定了这种粒子的一些性质，并将它们与QCD对一种较轻的胶球的理论预言进行比较。在2024年发表于《物理评论快报》的一项研究中，他们证明， X (2370)的质量和量子属性 （包括自旋及其他对称性） 均与QCD的预言相符 。 过去两年中，BESIII合作组对X(2370) 的衰变进行了更多测量。通过分析超过100亿个J/ψ衰变事件，他们发现，X(2370)表现为一个“ 味单态 ”——这长期以来被视为胶球的一项标志性特征，意味着它在与含有不同味的夸克的粒子发生相互作用时，表现都大致相同。 X(2370) 本身并不是一个纯胶球，而是胶球成分与夸克—反夸克成分的混合态。研究人员估计，X(2370)中的胶球成分可能达到约90%，这正是理论所预期的结果。 此外，研究人员还将X(2370)的性质与一系列理论模型和其他粒子进行了比较，最终得出结论：那些替代性解释都无法同时说明他们观测到的全部数据。接下来，研究人员计划他们将对X(2370)的性质进行更加精细的测量。 理解胶球之路的开端 寻找胶球的历史漫长，而过去的大多数结果都没有得出确定结论。理想情况下，其他研究人员还应通过独立实验验证这一结果。但这可能需要等待数年，因为北京的这台对撞机是目前世界上唯一专门致力于寻找胶球的装置。尽管如此，这项发现对于基础物理学，以及那些毕生致力于寻找胶球的研究人员而言，都是一项具有里程碑意义的成就。 # 参考