北京正負電子對撞機上獲得重大物理成果

2006/1/18 13:45:00

2006年1月6日，北京譜儀國際合作組在北京中國科學院高能物理研究所和美國夏威夷大學同時宣布：在北京正負電子對撞機上進行的北京譜儀實驗觀測到一個新粒子，暫時命名其為X1835（X表示其基本結(jié)構(gòu)仍未確定）。

    這個新粒子是在分析粲粒子J/ψ 衰變到一個光子和三個介子的過程中被發(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。該項研究成果去年12月31日已在國際著名期刊《物理評論快報》上發(fā)表，引起了國際高能物理界的極大興趣。

    X1835粒子之所以引起國際高能物理界的廣泛關(guān)注，不僅在于它是實驗上觀測到的一個新粒子，更因為它可能是在高能物理實驗中尋找了幾十年的新型粒子。粒子物理學家認為，夸克是自然界物質(zhì)的最小組成單元之一，自然界已確認的參加強相互作用的粒子均由2個或3個夸克組成。粒子物理學家一直猜測應(yīng)該存在新型粒子，包括由多于3個夸克組成的多夸克態(tài)粒子、由膠子（傳播強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，如果實驗上發(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驗在內(nèi)的許多高能物理實驗的重要目標。

    北京譜儀實驗發(fā)現(xiàn)X1835粒子的消息披露后，粒子物理學家對它的基本結(jié)構(gòu)進行了各種猜測。有些認為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)子過程中觀測到的一個可能的新粒子是同一個粒子，因而可能是質(zhì)子－反質(zhì)子束縛態(tài)（一種由六個夸克組成的新型粒子）。還有一些粒子物理學家則認為它可能是膠子球或常規(guī)介子等。但目前的實驗數(shù)據(jù)還不足以對這些理論解釋和猜測做出最終判斷，因而引起了粒子物理學家極大的興趣和廣泛的爭論。最終確定X1835粒子的基本結(jié)構(gòu)需要更大量的數(shù)據(jù)，并進行深入的實驗和理論研究工作。

    此項研究得到了國內(nèi)理論物理學家的關(guān)心和大力支持，兩年來理論物理學家和實驗物理學家多次聯(lián)合舉行了針對北京譜儀實驗一系列新發(fā)現(xiàn)的專題研討會。理論和實驗的聯(lián)合研究對此項研究取得重大進展起了重要推動作用。在兩方面的共同努力下，通過對X1835基本結(jié)構(gòu)的深入研究，有望取得該研究領(lǐng)域的突破性進展，促進粒子物理基本理論的發(fā)展，加深我們對自然界的根本認識。

    北京譜儀國際合作組是由來自中、美、日等國的二十多所大學和研究機構(gòu)的物理學家組成，其中包括國內(nèi)的18所大學和研究單位。近幾年來，北京譜儀實驗的物理分析研究取得了豐碩成果。合作組在國際一流期刊上發(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)，使我國高能物理實驗研究在這一國際前沿領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。目前，北京正負電子對撞機和北京譜儀正在進行重大改造工程，計劃在2007年年中投入運行，預期性能最終將提高100倍左右。屆時將能獲取比現(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X1835粒子等北京譜儀實驗最近取得的一系列新發(fā)現(xiàn)進行更加深入的研究。

    近日，新一屆擴大后的北京譜儀國際合作組會議將在北京召開，來自中國、美國、日本、德國、瑞典和俄羅斯等國家的100多位高能物理學家將共同探討如何在升級后的北京譜儀探測器上進一步加強合作，做出更多更好的物理工作。