近日，北京正負電子對撞機獲得重大成果。其實驗裝置北京譜儀III合作組首次測得粒子的量子態(tài)性質(zhì)，其質(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。這一研究成果于2024年5月2日作為編輯推薦文章發(fā)表在美國《物理評論快報》雜志上。
在粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)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(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驗發(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。北京正負電子對撞機能夠大量產(chǎn)生丁肇中先生發(fā)現(xiàn)的J/ψ粒子，其衰變是尋找膠球的最佳途徑，由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(biāo)之一。
經(jīng)過長期不懈的努力，2011年，由現(xiàn)任南京大學(xué)金山教授與中國科學(xué)院高能物理研究所博士后黃燕萍合作在北京譜儀III實驗上發(fā)現(xiàn)了一種新粒子—X粒子，這是實驗上首次觀測到與理論計算的贗標(biāo)量膠球質(zhì)量、產(chǎn)生和衰變性質(zhì)一致的粒子。
近年來，北京正負電子對撞機和北京譜儀III產(chǎn)生并采集了100億J/ψ粒子，超過此前最大樣本的100倍。利用這些數(shù)據(jù)，研究人員創(chuàng)新性地研究了幾乎無物理本底的X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，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。實驗組通過復(fù)雜的量子態(tài)干涉分析，首次測量了X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)。實驗結(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有力實驗證據(jù)。
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