北京正负电子对撞机上获得重大物理成果

2006/1/18 13:45:00

2006年1月6日，北京谱仪国际合作组在北京中国科学院高能物理研究所和美国夏威夷大学同时宣布：在北京正负电子对撞机上进行的北京谱仪实验观测到一个新粒子，暂时命名其为X1835（X表示其基本结构仍未确定）。

    这个新粒子是在分析粲粒子J/ψ 衰变到一个光子和三个介子的过程中被发现的。它的质量值约为18.35亿电子伏特（即1835兆电子伏特，约为3.3×10-27千克），略低于二倍的质子质量值，而它的寿命非常短，仅为约10-23秒。该项研究成果去年12月31日已在国际著名期刊《物理评论快报》上发表，引起了国际高能物理界的极大兴趣。

    X1835粒子之所以引起国际高能物理界的广泛关注，不仅在于它是实验上观测到的一个新粒子，更因为它可能是在高能物理实验中寻找了几十年的新型粒子。粒子物理学家认为，夸克是自然界物质的最小组成单元之一，自然界已确认的参加强相互作用的粒子均由2个或3个夸克组成。粒子物理学家一直猜测应该存在新型粒子，包括由多于3个夸克组成的多夸克态粒子、由胶子（传播强相互作用力的基本粒子）和夸克混合组成的混杂态粒子以及由胶子组成的胶子球。因此，如果实验上发现这些新型粒子，无疑将是粒子物理研究的重大突破。因而这成为包括北京谱仪实验在内的许多高能物理实验的重要目标。

    北京谱仪实验发现X1835粒子的消息披露后，粒子物理学家对它的基本结构进行了各种猜测。有些认为X1835可能与两年前北京谱仪在J/ψ粒子辐射衰变到质子－反质子过程中观测到的一个可能的新粒子是同一个粒子，因而可能是质子－反质子束缚态（一种由六个夸克组成的新型粒子）。还有一些粒子物理学家则认为它可能是胶子球或常规介子等。但目前的实验数据还不足以对这些理论解释和猜测做出最终判断，因而引起了粒子物理学家极大的兴趣和广泛的争论。最终确定X1835粒子的基本结构需要更大量的数据，并进行深入的实验和理论研究工作。

    此项研究得到了国内理论物理学家的关心和大力支持，两年来理论物理学家和实验物理学家多次联合举行了针对北京谱仪实验一系列新发现的专题研讨会。理论和实验的联合研究对此项研究取得重大进展起了重要推动作用。在两方面的共同努力下，通过对X1835基本结构的深入研究，有望取得该研究领域的突破性进展，促进粒子物理基本理论的发展，加深我们对自然界的根本认识。

    北京谱仪国际合作组是由来自中、美、日等国的二十多所大学和研究机构的物理学家组成，其中包括国内的18所大学和研究单位。近几年来，北京谱仪实验的物理分析研究取得了丰硕成果。合作组在国际一流期刊上发表了约60篇论文，尤其在多夸克态粒子寻找领域取得了一系列新发现，使我国高能物理实验研究在这一国际前沿领域处于领先地位。目前，北京正负电子对撞机和北京谱仪正在进行重大改造工程，计划在2007年年中投入运行，预期性能最终将提高100倍左右。届时将能获取比现有数据大约100倍的数据样本，在此基础上我们可以对X1835粒子等北京谱仪实验最近取得的一系列新发现进行更加深入的研究。

    近日，新一届扩大后的北京谱仪国际合作组会议将在北京召开，来自中国、美国、日本、德国、瑞典和俄罗斯等国家的100多位高能物理学家将共同探讨如何在升级后的北京谱仪探测器上进一步加强合作，做出更多更好的物理工作。