中新網北京5月16日電 (記者 孫自法)標準模型預言的膠球存在嗎？基礎研究領域這一重要問題長期以來備受關注，科學家們也持續(xù)聚焦開展相關研究。
中國科學院高能物理研究所(高能所)5月16日發(fā)布消息說，北京正負電子對撞機最近獲得一項重大成果：其實驗裝置北京譜儀III合作組首次測得粒子——該裝置13年前發(fā)現(xiàn)的X(2370)粒子的量子態(tài)性質，它的質量、產生和衰變性質都與人們長久以來尋找的膠球特性一致，從而成為支持膠球存在的強有力實驗證據。
這項粒子物理領域重要研究由中國科學院高能所黃燕萍研究員、南京大學物理學院金山教授合作并指導中國科學院高能所博士生張鵬完成，相關成果論文作為編輯推薦文章，近日在國際專業(yè)學術期刊美國《物理評論快報》上發(fā)表。
J/ψ粒子輻射衰變到X(2370)粒子示意圖。中國科學院高能所供圖研究團隊介紹說，在粒子物理學的標準模型中，膠子是傳播強相互作用的基本粒子，就像光子傳播電磁相互作用一樣。但特別的是，膠子之間可以相互吸引而形成一個新的束縛態(tài)粒子——膠球。膠球是標準模型的重要預言，也是自然界中唯一由傳播子構成的粒子，這種自相互作用及其粒子從未被實驗發(fā)現(xiàn)，其存在與否是標準模型至關重要的基本檢驗。
北京正負電子對撞機能夠大量產生諾貝爾物理學獎得主丁肇中發(fā)現(xiàn)的J/ψ粒子，其衰變是尋找膠球的最佳途徑。因此，這也一直是北京正負電子對撞機幾十年來最重要的物理目標之一。此前，經過長期不懈的努力，時任中國科學院高能所研究員金山與博士后黃燕萍合作，2011年在北京譜儀III實驗上發(fā)現(xiàn)了一種新粒子——X(2370)粒子，這是實驗上首次觀測到與理論計算的贗標量膠球(自旋為0，宇稱為負的膠球)質量、產生和衰變性質一致的粒子。作為判斷其是否為贗標量膠球最關鍵的下一步，就是測定其自旋-宇稱量子數是否與理論預期的一致。
研究團隊表示，近年來，北京正負電子對撞機和北京譜儀III產生并采集了100億粒子，超過此前最大樣本的100倍。在本項研究中，利用這些數據，研究團隊創(chuàng)新性研究了幾乎無物理本底的X(2370)粒子的衰變模式。得益于北京譜儀III探測器的優(yōu)良設計，特別是對帶電粒子和光子的高精度探測，大大提高了信號噪聲比。
通過復雜的量子態(tài)干涉分析，研究團隊首次測量了X(2370)粒子的自旋-宇稱量子數以及其質量、產額等基本性質。該實驗結果與人們長期尋找的標準模型理論中最輕贗標量膠球的特性一致，是支持膠球存在的強有力實驗證據。
據了解，本次實驗研究過程中，北京譜儀III探測器和北京正負電子對撞機加速器運行維護團隊對數據采集、北京譜儀III離線軟件團隊和中國科學院高能所計算中心對數據分析等提供了保障，中國科學院高能所陳瑩研究員團隊在理論上對膠球特性做出系統(tǒng)研究。(完)