中国科学家发现“力的粒子”，颠覆物质质量认知

信息来源：https://www.nature.com/articles/d41586-026-02498-1

在粒子物理学的世界里，几乎所有物质都由夸克构成——质子、中子、乃至我们身体中的每一个原子核，本质上都是夸克组合的产物。

但量子色动力学（QCD）这一描述强相互作用的基本理论,却早已预言了一种颠覆常识的存在：一种完全由"力"本身构成的粒子。这种被称为"胶球"（glueball）的假想粒子，不含任何夸克，纯粹由胶子——负责将夸克束缚在一起的力传递粒子——聚集而成。

理论物理学家提出这一构想已有近半个世纪,但真正捕捉到它的踪迹，却直到最近才有了实质性的突破。

长达十五年的追猎

上周，在巴西纳塔尔举行的国际高能物理会议上，中国科学院高能物理研究所主导的北京谱仪三号（BESIII）合作组正式公布了这一里程碑式的成果：一颗名为X(2370)的粒子，极有可能主要由胶球构成。这一发现的历程堪称一场旷日持久的科学马拉松。

早在2011年，时任博士研究生的黄艳萍便在数据中首次发现了X(2370)的踪迹。研究团队之所以怀疑这一粒子暗藏胶球的秘密，是因为它的质量恰好与量子色动力学预测的最轻胶球质量相符。

此后，团队将目光锁定在一种更重的粒子——J/ψ介子的衰变过程上，因为理论认为，这种衰变正是捕捉胶球踪迹的理想窗口。得益于北京正负电子对撞机二号强大的产能，BESIII实验能够生成海量的J/ψ粒子样本，供研究人员逐一筛查。

在随后的十三年里，科学家们对近百亿次J/ψ衰变事件的数据进行了极为细致的梳理与分析。直到2024年，团队才最终确定了X(2370)的自旋宇称——这是刻画粒子基本量子行为的关键参数。测量结果显示，该粒子的自旋宇称为0⁻⁺，属于所谓的"赝标量"粒子,这恰恰与理论预测中最轻胶球所应具备的特征完全吻合。

然而，单凭自旋宇称的匹配，还远不足以给出最终定论。正如南京大学物理学家金山在会议报告中所强调的,许多其他类型的粒子同样可能拥有相似的量子特征,仅凭一项指标无法排除干扰项。

为此,BESIII团队在过去两年间又开展了更为深入的测量,相关成果已于今年7月以预印本形式提前公布。这一次,研究人员将重点放在了鉴定X(2370)是否属于"味单态"粒子——也就是说,它是否完全不携带上夸克、下夸克或奇异夸克等任何"味"属性,而这正是纯粹胶球粒子的核心特征之一。

分析结果显示,X(2370)确实符合味单态的判定标准,团队据此得出结论:该粒子主要由胶球构成，尽管并非100%纯净的胶球态。

混合态的真相与科学意义

值得强调的是,量子力学的特殊性意味着一个粒子完全可以同时具备多重身份。据参与相关研究评估的墨尔本莫纳什大学物理学家乌尔里克·埃格德解释,X(2370)很可能是胶球与夸克-反夸克对的混合体——例如80%的胶球成分搭配20%的夸克构成,这种叠加态在量子世界中完全合理。

研究团队将X(2370)的观测数据与多种理论模型及候选粒子逐一比对，最终认定其他替代解释均无法完整覆盖实验中呈现的全部特征,唯有"以胶球为主导"的模型能够自洽地解释所有观测结果。

对于外界该如何评判这一发现的可靠程度,业内专家的态度审慎而积极。悉尼大学粒子物理学家布鲁斯·亚布斯利在审阅BESIII实验结果后坦言,目前尚不存在能够一锤定音、绝对证明该粒子即为胶球的确凿证据,但结合团队数十年积累的多维度证据链,当前的发现已经"相当有说服力"。

这一评价也得到了埃格德的呼应，他在观看会议报告后同样认为证据链条颇具说服力。

这一发现之所以引发学界广泛关注，并不仅仅在于"找到了一种新粒子"这般表面意义,其深层价值在于,它为量子色动力学理论提供了一项极为关键的直接实证支撑——即胶子确实能够与自身发生相互作用，聚合成独立的束缚态。这是强相互作用理论区别于电磁理论的核心特征之一，此前长期停留在数学预测层面，如今终于迎来了实验层面的有力佐证。

亚布斯利进一步指出，对胶球的观测同样有助于人类理解质量起源这一更为根本的物理学谜题。众所周知，质子由夸克构成，但组成质子的夸克质量总和远远小于质子本身的总质量,绝大部分质量实际上来源于夸克与胶子之间强相互作用所产生的结合能。

胶子本身不具备静止质量，但正是它们之间极其活跃的相互作用,凭空催生出了宇宙中绝大多数可见物质的质量来源。理解胶球的性质,某种意义上也是在理解质量本身如何从"无"中诞生。

亚布斯利同时提醒，当前的发现更像是一个开端而非终点。据了解，目前科学界仍有多个候选粒子正在接受进一步的实验验证，试图寻找它们作为胶球存在的更充分证据。这场持续了半个世纪的理论追猎，或许才刚刚触及冰山一角。