中国科学家破解50年谜题：一种由“力量”组成的物质被发现

人类一直在寻找组成宇宙的最基本单位。

从原子，到电子，再到夸克和胶子，我们不断深入物质世界的最底层。

我们已经发现了电子、光子，也发现了被认为赋予其他粒子质量的希格斯玻色子。

但还有一种特殊粒子，理论预测了几十年，却始终没有被人类真正确认。

它很特别！

因为它可能不是由传统意义上的“物质”组成，而是由一种基本力量本身形成。

这种神秘粒子，被称为：胶球（Glueball）。

近日，由中国科学院高能物理研究所领衔的北京谱仪III（BESIII）国际合作组取得重磅突破：联合南京大学等国内知名科研团队，经过长达15年的数据积累与攻坚，建立了从质量、量子数到“味单态”的完整实验证据链，首次在实验上证实了“胶球”的存在！

什么是胶球？如何被发现？

在粒子物理的标准模型中，夸克是构成质子、中子等强子的基本粒子，而胶子则是传递强相互作用力的“信使”。

与只传递电磁力却不带电荷的光子不同，胶子本身带有“色荷”。

这意味着胶子不仅能作用于夸克，胶子与胶子之间也能互相吸引、胶合在一起。

量子色动力学理论早在半个世纪前就预言：纯粹由胶子构成的束缚态胶球应该存在。

它是自然界中唯一一种完全由“力的传递者”自身凝聚而成的粒子。

如果能找到它，将直接验证量子色动力学理论中最核心的“胶子自耦合”属性；

如果找不到，标准模型的基石都将面临动摇。

所以，寻找胶球就成为粒子物理学的重要目标。

但它非常难被发现。

原因在于：胶球不像电子那样容易辨认。

在真实实验环境中，它可能会和普通由夸克组成的粒子发生混合。

科学家看到的实验信号，很难判断：这到底是普通粒子，还是隐藏其中的胶球。

过去几十年，世界多个实验都曾发现疑似胶球信号。

但一直没有形成完整证据链。

直到中国科学家利用北京正负电子对撞机上的BESIII实验……

故事从2011年开始。

当时，BESIII实验团队在研究一种特殊粒子：J/ψ粒子，它在衰变过程时，发现了一个异常信号。

科学家随后确认：这是一种此前未知的新粒子。

它被命名为：X(2370)。

但发现一个新粒子，并不代表知道它是什么。

科学家需要回答：它是由什么组成？它属于哪一类粒子？它是否就是理论预测中的胶球？

为了寻找答案，研究团队不断积累实验数据。

2024年，基于约100亿个J/ψ粒子衰变事件的数据分析，科学家对X(2370)进行了精确测量。

结果发现：它具有0⁻⁺的量子性质。

这一结果与量子色动力学理论预测的最低质量赝标量胶球高度吻合。

但真正关键的一步，是确认它是否具有胶球最核心的特征。

那就是：味单态。

简单理解：普通夸克组成的粒子，都带有夸克留下的信息。

例如：上夸克、下夸克、奇夸克。

这些不同类型的夸克，被称为不同的“味”。

因此，普通粒子通常会表现出相应的味结构。

但是胶球完全不同，它由胶子组成，胶子不属于任何夸克家族，因此理论上不会携带任何夸克“味”。

这意味着：如果一个粒子表现出味单态特征，它就更符合纯胶子结构。

BESIII国际合作组通过对X(2370)产生和衰变过程的研究，确认了它具有味单态性质。

这补上了证明胶球存在的关键拼图。

最终，我们的科学家们闭环了胶球存在的完整证据链。

胶球被确认，意味着什么？

胶球的重要意义，不只是增加了一种新粒子。

它改变的是人类对“物质”和“力量”的理解。

过去，我们认为：力量负责连接粒子。

比如：强相互作用连接夸克形成质子。

但胶球告诉我们：力量本身，也可以形成稳定结构。

这意味着：宇宙不仅由物质组成，也由隐藏在物质背后的基本作用塑造。

更重要的是，这项发现验证了量子色动力学理论。

量子色动力学是描述夸克和胶子相互作用的基础理论。

它成功解释了强相互作用的规律。

但长期以来，胶球一直只是理论预测。

如今胶球被确认，相当于补上了这个理论体系中的重要缺口。

这项发现能否获得诺贝尔物理学奖？

从科学意义看，它确实具备诺奖潜力。

原因在于：

第一，它解决了一个持续近半个世纪的基础物理问题。

第二，它验证了量子色动力学的重要预测。

第三，它发现了一种此前未知的物质形态。

历史上，希格斯玻色子的发现就是类似过程。

理论预测提出几十年后，实验最终确认，并获得诺贝尔物理学奖。

从理论预言到实验证实，人类探索胶球的道路跨越了整整 50 年。

这次由我国大科学装置 BEPCII/BESIII 主导的重大发现，不仅解答了困扰物理学界半个世纪的谜题，更彰显了我国在粒子物理前沿领域的领跑实力。

探索微观世界的脚步从未停歇。 随着研究的深入，这颗刚刚被确认的“胶球”，必将为我们打开一扇通往强相互作用非微扰区全新物理世界的大门！