中国科学家详解：困扰物理学界50年的“胶球”之谜

8月初，在巴西纳塔尔举办的第43届国际高能物理大会上，中国科学家宣布“证实胶球存在”。这一成果解开了困扰学术界近半个世纪的谜题，并为“量子色动力学”理论提供了决定性验证，也表明纯由“力”构成的物质可以存在——换言之，力可以直接构成物质。

该成果由南京大学教授金山和中国科学院高能物理研究所（以下简称高能所）研究员黄燕萍共同领导的团队，依托北京正负电子对撞机北京谱仪Ⅲ（BESⅢ）探测器，历时15年完成。

消息一出，引发科技界热议。对于该成果的诞生细节和下一步研究规划，《中国科学报》采访了多位参与和了解研究过程的科学家。

成果公开前，国内理论专家联合讨论过5次

《中国科学报》：目前，你们收到了哪些同行评价？

金山：针对该成果，《科学》邀请了两位国际同行进行点评。其中一位评价称，这是“纪念碑级的成就”，另一位则用了“在所有方框中打钩”的说法，意思是我们已满足了证明胶球存在的所有条件。《自然》也邀请了两位国际同行进行点评，认为我们的结果是“令人信服的”。

其实，在成果公布之前，我们还曾组织国内理论专家联合讨论了5次。目前，该成果已在预印本平台上公布，相关论文也已投至科技期刊，正处于同行评审阶段。

《中国科学报》：国内理论专家都讨论了哪些问题？他们来自哪些机构？

中国科学院院士、北京大学物理学院教授赵光达：我们开了5次实验专家和理论专家的小型内部讨论会，目的是挑毛病，检查实验中是否存在问题。我本人一直保持谨慎态度，要防止出错，必须每一步都真正落实。截至目前，我没有发现这项成果有任何疑点。现在，我认为实验所有过程都说明胶球是X（2370）的主要成分。

高能所所长曹俊：参与讨论的理论物理学家都是国内做强子物理和胶球理论的专家，来自高能所、北京大学、中国科学院理论物理研究所、中国科学院大学、兰州大学等多家机构。

《中国科学报》：这项成果有怎样的科学意义？

赵光达：量子色动力学是描述强相互作用的基本理论，它预言了胶子之间存在自相互作用，胶子可以形成束缚态，即胶球。这与量子电动力学完全不同——光子不可能形成自相互作用的束缚态。胶球的性质必须得到实验验证，才能证明量子色动力学确实是一个正确完备的基本理论。

高能所研究员黄涛：量子色动力学建立至今已有50年，胶球是该学科最重要的预言之一。但物理学界此前一直没有找到胶球，而现在我们找到了，这就是该成果的重要性。它为量子色动力学基本理论的正确性又提供了一个证据。

历经五代人、两代加速器、三代探测器

《中国科学报》：这项成果是如何一步步完成的？

黄燕萍：2006年我进入高能所时，BESⅢ尚在升级，我的导师、时任高能所研究员金山便确立了寻找胶球的目标。我们花了三四年搭建分析框架。2009年我们得到J/ψ粒子的数据后，便连轴转地“跑”数据，很快在质量谱上不仅确认了X（1835），还发现了X（2120）和X（2370）两个新粒子。

然而，真正的硬仗从2011年才开始。其中，测定X（2370）的量子数就耗时13年。由于本底高达50%，我们屡屡受挫，最终靠提出全新、几乎无本底的衰变道，并将四维分析简化为三维，才在2024年成功测出X（2370）的自旋和宇称。随后两年，我们带领南京大学和高能所联合研究团队，每晚雷打不动地开会讨论，终于补全了胶球存在的完整证据链。

金山：从2009年第一次在数据里看到X（2370）的信号，到最后证明它真的是胶球，我们花了15年。整个BESⅢ合作组有近700人，在数据分析过程中存在各种讨论、质疑和挑战，这对文章打磨起了重要作用。

中国科学院院士、高能所研究员王贻芳：寻找胶球这件事，经历了五代人。从中国科学院院士、高能所研究员朱洪元算起，其学生黄涛算第二代，黄涛的学生金山算第三代，黄燕萍算第四代，还有一些年轻人算第五代，最终才把这件事做成。设备上，我们经历了北京正负电子对撞机（BEPC）、升级后的北京正负电子对撞机（BEPCⅡ）两代加速器和北京谱仪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ前后三代探测器。

完成这件事花了近40年，非常不容易。这期间，不少科研人员做了一半不做了，也有很多人觉得太难不愿意做。一件事能够坚持做近40年，是从事基础科学研究的正确态度。

下一步将升级对撞机，寻找新胶球

《中国科学报》：这次成果对基础研究有怎样的启示？

王贻芳：这次成果对基础研究的启示是，对卓越的基础研究应该实行稳定支持，让大家能够心无旁骛地把最重要的工作做出来，避免追求短平快。

对于做基础研究的人来说，“卓越”和“领先”在学科内部比较容易得到共识。但外界很难理解学科内部自我认可的逻辑。过去40年里，BEPC也经历过非常艰难的时刻，被质疑“是不是该关了”。好在我们得到了绝大多数人的支持。我们的研究人员数量只有欧洲核子中心大型强子对撞机的1/4，但产出的研究成果是他们的一半，人均科研成果产出则是他们的两倍以上。

黄涛：从这项成果可以看出人才的积累和投资的重要性。国家当年投资2.4亿建设BEPC，后来又投入6.4亿升级。没有BEPCⅡ和BESⅢ，就做不出这一成果。经过这么多年我们还能继续做，这在整个高能物理历史上没有第二个。

《中国科学报》：下一步，你们将继续研究些什么？

高能所研究员、BESⅢ实验发言人李海波：找到胶球只是第一步，接下来，我们会寻找其他量子数的胶球，包括标量正胶球、张量胶球等。

王贻芳：为继续寻找新的胶球，我们还要提高装置本身的能力。目前，我们正计划对BEPC做第三次升级，将事例数提高10倍，以便寻找胶球并且更清楚地研究胶球的衰变性质和结构。也就是说，BEPC的科学寿命至少还有10年以上。

《中国科学报》：有读者看到该成果后，联想到了科幻作品《三体》中提到的“水滴”探测器。现在科学家证明了胶球的存在，未来有没有可能“改造世界”、控制胶球？

高能所博士后、研究团队骨干张鹏：我恰好读过那本书。我们现在证明了强相互作用所预言的全新物质形态，毫无疑问会加深我们对强相互作用的理解。至于未来利用强相互作用制备材料，我觉得是一件很遥远的事。

（原标题为《证实胶球存在引热议 科学家详解成果研究过程》）

来源：倪思洁/中国科学报