北京正负电子对撞机撞出了什么新奇发现？

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（来源：中国科普博览）

如果你以为“对撞机”只是把粒子撞得粉身碎骨，那你就小看它了！坐落在北京西郊的北京正负电子对撞机（BEPC），不仅是中国第一台大科学装置，更是世界τ-粲能区的“霸主”。在它那看似冰冷的环形隧道里，一次次微观“爆炸”正悄悄改写我们对宇宙基本构成的认知。今天，就让我们盘点它近年来撞出的几件“新奇发现”——每一样都足以让粒子物理学家兴奋地睡不着觉。

标准模型曾预言，传播强相互作用的胶子不仅能“粘”住夸克，还能彼此吸引，形成一种纯由胶子构成的全新粒子——胶球。但40多年来，它始终神龙见首不见尾。

2024年，BEPC与北京谱仪（BESⅢ）合作首次在100亿个J/ψ粒子衰变的大海中，精准观测得一种新粒子——X(2370)。这是实验上首次观测到与理论计算的赝标量胶球质量、产生和衰变性质一致的粒子。其自旋宇称量子数为0⁻⁺，与理论预测的赝标量胶球完全吻合。这是迄今胶球存在的最强实验证据，也为标准模型补上了“缺失的拼图”。

传统教科书告诉我们：介子=1个夸克+1个反夸克。2013年，BEPC却撞出了一个带电的Zc(3900)，内部至少塞下两对正反粲夸克。它像一支四重奏乐队，却和谐地共存在一个粒子体内。

该发现立刻被《自然》头条报道，并入选2013年度“中国科学十大进展”；美国Physics杂志更将其列为当年全球物理学11项重大突破之首。随后，BESⅢ又捕捉到它的“堂兄Zc(4020)”，让“多夸克态”成为国际高能物理最火热的关键词之一。

你可能没听过Λ超子（兰布达超子），但它却是研究物质-反物质不对称的利器。超子，或称奇异重子，是含奇异夸克的重子。Λ超子是质量最小的超子，最早于20世纪40年代末在宇宙线实验中被发现，因质量比核子重而得名。2019年，BESⅢ利用13亿J/ψ衰变，从43万个J/ψ衰变产出正反超子的事例中首次观测到超子存在高达25%的横向极化度。这意味着在大量超子样本中，约25%的超子自旋方向呈现出统计性偏向，这种偏向在经典物理中是难以想象的，但在量子世界中却是真实存在的。

更酷的是，这种极化让科学家把正反Λ衰变参数的测量精度提高到1.3%，一举发现过去40年沿用的Λ衰变参数一直被低估了17%，为寻找宇宙物质-反物质失衡的根源提供了全新实验探针。

2024年，BESⅢ新发现一个质量为1882 MeV的共振结构X(1880)。它的质量略重于一个质子加一个反质子，却表现出强烈的相互吸引。理论家猜测，这可能是一个质子-反质子束缚态——就像微观世界里的氢分子，只不过“电子”被“反质子”替代。若被证实，将刷新我们对核子间强相互作用的认识。

τ轻子是标准模型里最重的轻子，其质量一直是检验轻子普适性的试金石。BEPC在20世纪便给出全球最精确的τ质量数据，精度比原来提高了10倍，被认为是当年国际高能物理领域最重要的成果之一，更新了粒子物理学数据权威《粒子数据手册》，并保持了20多年的领先地位。

从胶球到四夸克，从τ轻子到胶子，BEPC用一次次“猛烈”的对撞，把宇宙最深层的秘密带到我们面前。未来，随着亮度再提升100倍的BEPCⅡ全面运行，更多新奇粒子与未知现象有望在这片“微观宇宙”里现身。谁说小装置撞不出大新闻？北京正负电子对撞机，正在用实力回答。

参考文献：

[1] M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson and etal.,Determination of Spin-Parity Quantum Numbers of (2370) as from /→′Phys. Rev.Lett.132(2024)181901.

[2] M. Ablikim, M.N. Achasov, X.C. Ai and etal.,Observation of a Charged Charmoniumlike Structure in →J/ψ at =4.26 GeV,Phys. Rev.Lett.110(2013)252001.

[3] The BESIII Collaboration, Polarization and entanglement in baryon–antibaryon pair production in electron–positron annihilation, Nat. Phys. 15, (2019)631-634.

[4] M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson and etal.,Observation of the Anomalous Shape of (1840) in /→3() Indicating a Second Resonance Near Threshold,Phys.Rev.Lett. 132,(2024)151901.

[5] 李金，我为BEPC/BES的成功点赞——纪念BEPC对撞成功30年，现代物理知识，30（2018）13-15.

出品：科普中国

作者：杨超（深圳理工大学科普主管、中国科普作家协会会员）