南都讯 记者吕虹 发自北京 一种完全由“力”构成的物质形态——胶球，在被理论预言了近半个世纪后，终于在实验中找到了。北京时间8月6日，南都记者从中国科学院高能物理研究所获悉，该所的北京谱仪III实验（BESIII）国际合作组宣布，经过15年持续攻关，建立了证明胶球存在的完整证据链，解开了这一困扰学术界的世纪之谜。
要理解这一发现，还得从微观世界的结构说起。
众所周知，原子核由质子和中子组成，质子和中子又由夸克组成。在物理世界中，夸克之间靠胶子传递强相互作用力，就像光子传递电磁相互作用力一样。但胶子的特别之处在于，光子不会自己吸引自己，而胶子却会。因此，胶子之间有可能相互吸引，形成一种全新的粒子——胶球。
在描述强相互作用的物理学理论“量子色动力学”里，胶球是个极其重要的预言，因为它是唯一一种由“力的传播子”构成的粒子。换句话说，是一类纯粹由“力”凝聚而成的物质。然而半个世纪以来，世界各地的实验装置一直在寻找它，却始终未能确证。胶球到底存不存在，是对这个物理学理论至关重要的检验，也是至今仍悬而未决的重大科学问题之一。
十五年三步走，构建完整证据链
北京正负电子对撞机能够大量产生J/ψ粒子，该粒子最早由诺贝尔物理学奖得主丁肇中发现。理论上，这种粒子的衰变过程非常有利于胶球的产生，被公认为寻找胶球的最佳途径之一。胶球的实验寻找也是北京正负电子对撞机几十年来的首要物理目标之一。
通往这一发现的道路，BESIII实验走了十五年，迈出关键的三步：
2011年，BESIII国际合作组在J/ψ粒子衰变产物中发现了一个新粒子X(2370)。当时，它就被怀疑可能是人们寻找已久的胶球。
2024年，合作组首次利用100亿个J/ψ粒子样本，精确测定了X(2370)粒子的自旋和宇称量子数，结果与理论预言完全一致，迈出了确认其真身的关键一步。
最近，由南京大学金山教授和中国科学院高能物理研究所黄燕萍研究员共同领导的团队，又取得了决定性进展。他们不仅发现了X(2370)的多个新衰变模式，还首次测出了它具有“味单态”性质，而“味单态”是胶球的最重要特性。质子、中子等普通粒子含有不同“味道”的夸克，而胶球由纯胶子构成，不含任何“味道”信息，正属于“味单态”。
至此，BESIII实验历时15年，构建起从质量、量子数到“味单态”的完整实验证据链，证实X(2370)的主要成分正是物理学家寻找了近半个世纪的胶球。
黄燕萍表示，这是近五十年来胶球寻找工作中最明确的实验结果，不仅清晰验证了“胶子能够自我结合形成新型物质”这一重大理论预言，也展示了北京正负电子对撞机在研究强相互作用方面的独特优势。
作为我国第一座高能加速器，北京正负电子对撞机自2008年完成重大升级改造以来，BESIII探测器已累计采集超过100亿J/ψ事例。其先后产出测量τ轻子质量、发现新共振态等一系列具有国际影响力的重大成果，成为陶-粲能区无可争议的世界领导者。
“正是在这台探测器上，经过过去15年里用持续积累、精密测量与国际合作，完成这项近半世纪来关于胶球的确证。”金山说。
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