北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)上獲得重大物理成果

2006/1/18 13:45:00

2006年1月6日，北京譜儀國(guó)際合作組在北京中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所和美國(guó)夏威夷大學(xué)同時(shí)宣布：在北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)上進(jìn)行的北京譜儀實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到一個(gè)新粒子，暫時(shí)命名其為X1835（X表示其基本結(jié)構(gòu)仍未確定）。

    這個(gè)新粒子是在分析粲粒子J/ψ 衰變到一個(gè)光子和三個(gè)介子的過程中被發(fā)現(xiàn)的。它的質(zhì)量值約為18.35億電子伏特（即1835兆電子伏特，約為3.3×10-27千克），略低于二倍的質(zhì)子質(zhì)量值，而它的壽命非常短，僅為約10-23秒。該項(xiàng)研究成果去年12月31日已在國(guó)際著名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表，引起了國(guó)際高能物理界的極大興趣。

    X1835粒子之所以引起國(guó)際高能物理界的廣泛關(guān)注，不僅在于它是實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到的一個(gè)新粒子，更因?yàn)樗�可能是在高能物理�?shí)驗(yàn)中尋找了幾十年的新型粒子。粒子物理學(xué)家認(rèn)為，夸克是自然界物質(zhì)的最小組成單元之一，自然界已確認(rèn)的參加強(qiáng)相互作用的粒子均由2個(gè)或3個(gè)夸克組成。粒子物理學(xué)家一直猜測(cè)應(yīng)該存在新型粒子，包括由多于3個(gè)夸克組成的多夸克態(tài)粒子、由膠子（傳播強(qiáng)相互作用力的基本粒子）和夸克混合組成的混雜態(tài)粒子以及由膠子組成的膠子球。因此，如果實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)這些新型粒子，無疑將是粒子物理研究的重大突破。因而這成為包括北京譜儀實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的許多高能物理實(shí)驗(yàn)的重要目標(biāo)。

    北京譜儀實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)X1835粒子的消息披露后，粒子物理學(xué)家對(duì)它的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了各種猜測(cè)。有些認(rèn)為X1835可能與兩年前北京譜儀在J/ψ粒子輻射衰變到質(zhì)子－反質(zhì)子過程中觀測(cè)到的一個(gè)可能的新粒子是同一個(gè)粒子，因而可能是質(zhì)子－反質(zhì)子束縛態(tài)（一種由六個(gè)夸克組成的新型粒子）。還有一些粒子物理學(xué)家則認(rèn)為它可能是膠子球或常規(guī)介子等。但目前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還不足以對(duì)這些理論解釋和猜測(cè)做出最終判斷，因而引起了粒子物理學(xué)家極大的興趣和廣泛的爭(zhēng)論。最終確定X1835粒子的基本結(jié)構(gòu)需要更大量的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)和理論研究工作。

    此項(xiàng)研究得到了國(guó)內(nèi)理論物理學(xué)家的關(guān)心和大力支持，兩年來理論物理學(xué)家和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家多次聯(lián)合舉行了針對(duì)北京譜儀實(shí)驗(yàn)一系列新發(fā)現(xiàn)的專題研討會(huì)。理論和實(shí)驗(yàn)的聯(lián)合研究對(duì)此項(xiàng)研究取得重大進(jìn)展起了重要推動(dòng)作用。在兩方面的共同努力下，通過對(duì)X1835基本結(jié)構(gòu)的深入研究，有望取得該研究領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，促進(jìn)粒子物理基本理論的發(fā)展，加深我們對(duì)自然界的根本認(rèn)識(shí)。

    北京譜儀國(guó)際合作組是由來自中、美、日等國(guó)的二十多所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的物理學(xué)家組成，其中包括國(guó)內(nèi)的18所大學(xué)和研究單位。近幾年來，北京譜儀實(shí)驗(yàn)的物理分析研究取得了豐碩成果。合作組在國(guó)際一流期刊上發(fā)表了約60篇論文，尤其在多夸克態(tài)粒子尋找領(lǐng)域取得了一系列新發(fā)現(xiàn)，使我國(guó)高能物理實(shí)驗(yàn)研究在這一國(guó)際前沿領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。目前，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)和北京譜儀正在進(jìn)行重大改造工程，計(jì)劃在2007年年中投入運(yùn)行，預(yù)期性能最終將提高100倍左右。屆時(shí)將能獲取比現(xiàn)有數(shù)據(jù)大約100倍的數(shù)據(jù)樣本，在此基礎(chǔ)上我們可以對(duì)X1835粒子等北京譜儀實(shí)驗(yàn)最近取得的一系列新發(fā)現(xiàn)進(jìn)行更加深入的研究。

    近日，新一屆擴(kuò)大后的北京譜儀國(guó)際合作組會(huì)議將在北京召開，來自中國(guó)、美國(guó)、日本、德國(guó)、瑞典和俄羅斯等國(guó)家的100多位高能物理學(xué)家將共同探討如何在升級(jí)后的北京譜儀探測(cè)器上進(jìn)一步加強(qiáng)合作，做出更多更好的物理工作。