中新網(wǎng)北京5月16日電 (記者 孫自法)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的膠球存在嗎？基礎(chǔ)研究領(lǐng)域這一重要問題長期以來備受關(guān)注，科學(xué)家們也持續(xù)聚焦開展相關(guān)研究。
中國科學(xué)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(fù)電子對撞機(jī)最近獲得一項(xiàng)重大成果：其實(shí)驗(yàn)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(zhì)，它的質(zhì)量、產(chǎn)生和衰變性質(zhì)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(qiáng)有力實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
這項(xiàng)粒子物理領(lǐng)域重要研究由中國科學(xué)院高能所黃燕萍研究員、南京大學(xué)物理學(xué)院金山教授合作并指導(dǎo)中國科學(xué)院高能所博士生張鵬完成，相關(guān)成果論文作為編輯推薦文章，近日在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊美國《物理評論快報(bào)》上發(fā)表。
J/ψ粒子輻射衰變到X(2370)粒子示意圖。中國科學(xué)院高能所供圖研究團(tuán)隊(duì)介紹說，在粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型中，膠子是傳播強(qiáng)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(gè)新的束縛態(tài)粒子——膠球。膠球是標(biāo)準(zhǔn)模型的重要預(yù)言，也是自然界中唯一由傳播子構(gòu)成的粒子，這種自相互作用及其粒子從未被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其存在與否是標(biāo)準(zhǔn)模型至關(guān)重要的基本檢驗(yàn)。
北京正負(fù)電子對撞機(jī)能夠大量產(chǎn)生諾貝爾物理學(xué)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(fù)電子對撞機(jī)幾十年來最重要的物理目標(biāo)之一。此前，經(jīng)過長期不懈的努力，時(shí)任中國科學(xué)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(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了一種新粒子——X(2370)粒子，這是實(shí)驗(yàn)上首次觀測到與理論計(jì)算的贗標(biāo)量膠球(自旋為0，宇稱為負(fù)的膠球)質(zhì)量、產(chǎn)生和衰變性質(zhì)一致的粒子。作為判斷其是否為贗標(biāo)量膠球最關(guān)鍵的下一步，就是測定其自旋-宇稱量子數(shù)是否與理論預(yù)期的一致。
研究團(tuán)隊(duì)表示，近年來，北京正負(fù)電子對撞機(jī)和北京譜儀III產(chǎn)生并采集了100億粒子，超過此前最大樣本的100倍。在本項(xiàng)研究中，利用這些數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)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(shè)計(jì)，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(fù)雜的量子態(tài)干涉分析，研究團(tuán)隊(duì)首次測量了X(2370)粒子的自旋-宇稱量子數(shù)以及其質(zhì)量、產(chǎn)額等基本性質(zhì)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與人們長期尋找的標(biāo)準(zhǔn)模型理論中最輕贗標(biāo)量膠球的特性一致，是支持膠球存在的強(qiáng)有力實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
據(jù)了解，本次實(shí)驗(yàn)研究過程中，北京譜儀III探測器和北京正負(fù)電子對撞機(jī)加速器運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)對數(shù)據(jù)采集、北京譜儀III離線軟件團(tuán)隊(duì)和中國科學(xué)院高能所計(jì)算中心對數(shù)據(jù)分析等提供了保障，中國科學(xué)院高能所陳瑩研究員團(tuán)隊(duì)在理論上對膠球特性做出系統(tǒng)研究。(完)