北京正負(fù)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(xué)院高能物理研究所和美國夏威夷大學(xué)同時宣布：在北京正負(fù)電子對撞機上進(jìn)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(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)的參加強相互作用的粒子均由2個或3個夸克組成。粒子物理學(xué)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(biāo)。

    北京譜儀實驗發(fā)現(xiàn)X1835粒子的消息披露后，粒子物理學(xué)家對它的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了各種猜測。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(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(xué)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(jìn)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(xué)家的關(guān)心和大力支持，兩年來理論物理學(xué)家和實驗物理學(xué)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(jìn)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(jìn)展，促進(jìn)粒子物理基本理論的發(fā)展，加深我們對自然界的根本認(rèn)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(xué)和研究機構(gòu)的物理學(xué)家組成，其中包括國內(nèi)的18所大學(xué)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(fù)電子對撞機和北京譜儀正在進(jìn)行重大改造工程，計劃在2007年年中投入運行，預(yù)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(jìn)行更加深入的研究。

    近日，新一屆擴(kuò)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(xué)家將共同探討如何在升級后的北京譜儀探測器上進(jìn)一步加強合作，做出更多更好的物理工作。