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哈喽,大家好,今天小睿这篇评论,主要来分析北京地下藏着台对撞机,把粒子撞碎后发现神秘胶球,科学家找了40年终于现身。
在北京西郊的地下隧道里,有一台圆形的机器正在高速运转。
这台机器叫北京正负电子对撞机,英文缩写BEPC。它每天都在做一件听起来很暴力的事情:把粒子加速到接近光速,然后让它们迎面相撞。
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但就是这样的"暴力",却撞出了宇宙最深层的秘密。
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2024年,中国科学院高能物理研究所发布了一条消息:BEPC的北京谱仪BESIII在100亿个J/ψ粒子衰变事例中,发现了一个新粒子X(2370)。
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这个粒子的自旋宇称量子数为0⁻⁺,质量、产生方式和衰变特征都与理论预测的赝标量胶球完全吻合。
这是实验上首次观测到与胶球理论预言一致的粒子,也是迄今胶球存在的最强实验证据。
什么是胶球?简单说,就是由胶子自己粘成的粒子。我们知道,原子核里的质子和中子是由夸克组成的,而把夸克粘在一起的"胶水"就是胶子。
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1970年代,理论物理学家预言,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。但这个预言提出后,科学家找了40多年,一直没有找到确凿的证据。
中科院高能所副所长、北京谱仪III国际合作组发言人娄辛丑研究员在接受科技日报采访时说:"胶球的寻找一直是粒子物理学界的重要课题,也是长期困扰科学家的难题。"
BEPC这次的发现,相当于给标准模型补上了"缺失的拼图"。
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2013年,BEPC撞出了一个更奇怪的东西。传统教科书告诉我们,介子是由1个夸克和1个反夸克组成的。
但BEPC发现的Zc(3900)粒子,内部至少塞下了两对正反粲夸克,也就是说至少有4个夸克。这个发现立刻被《自然》杂志头条报道,并入选2013年度"中国科学十大进展"。
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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。
中科院高能所研究员沈肖雁在接受采访时说,这个发现打破了人们对传统强子结构的认知。
随后,BESIII又捕捉到Zc(3900)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。这些发现说明,夸克之间的组合方式比我们想象的要丰富得多。
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2019年,BESIII又做出了一个重要发现。
研究团队利用13亿J/ψ衰变事例,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。
什么是超子极化?简单说,就是超子的自旋方向不是随机分布的,而是有明显的偏向。这个发现本身就很重要,但更重要的是它带来的连锁反应。
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科学家利用这种极化,把正反Λ衰变参数的测量精度提高到1.3%,结果发现过去40年沿用的Λ衰变参数一直被低估了17%。
中科院院士、BESIII合作组发言人沈肖雁在接受光明日报采访时说:"这个发现为我们提供了一个全新的实验探针,可以用来寻找宇宙物质-反物质失衡的根源。"
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2024年,BESIII又发现了一个质量为1882 MeV的共振结构X(1880),这个粒子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。
理论物理学家猜测,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"替代了。如果这个猜测被证实,将刷新我们对核子间强相互作用的认识。
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中科院院士陈和生在接受采访时表示,BEPC在τ-粲能区的研究中,一直保持着国际领先地位。
除了这些新发现,BEPC在20世纪就给出了全球最精确的τ轻子质量数据。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的测量精度比原来提高了10倍,这一成果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。
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BEPC的工作原理其实不复杂。电子枪产生电子束和正电子束,这些粒子被加速到接近光速,在一个周长240米的储存环里高速旋转,在北京谱仪的位置,正负电子束迎面相撞,产生各种新粒子。
北京谱仪就像一台超级相机,记录下对撞产生的所有粒子的轨迹、能量和种类。
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中科院高能所所长王贻芳院士在接受采访时说:"BEPC虽然规模不算很大,但在τ-粲能区的研究中,一直保持着世界领先水平。"
目前BEPC已经升级为BEPCII,亮度提高了100倍。
这意味着它能产生更多的对撞事例,发现更多新粒子的可能性也大大增加。
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